DE961090C - Method and device for separating low-boiling gas mixtures - Google Patents
Method and device for separating low-boiling gas mixturesInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
AUSGEGEBEN AM 4. APRIL 1957ISSUED APRIL 4, 1957
PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING
KLASSE 17g GRUPPE 2oi INTERNAT. KLASSE F 25j CLASS 17g GROUP 2oi INTERNAT. CLASS F 25j
U 3334Ia-117 gU 3334Ia-117 g
Lawrence Donald Potts, Eggertsville, N. Y., und Edward Freemann Yendali, Kenmore, N. Y. (V. St. A.)Lawrence Donald Potts, Eggertsville, N. Y., and Edward Freemann Yendali, Kenmore, N. Y. (V. St. A.)
sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors
Union Carbide and Carbon Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)Union Carbide and Carbon Corporation, New York, N.Y. (V. St. A.)
Verfahren und Vorrichtung zur Trennung niedrigsiedender GasgemischeMethod and device for separating low-boiling gas mixtures
Patentiert im Gebiet der Bundesrepublik Deutschland vom 3. Mai 1955 an Patentanmeldung bekanntgemacht am 11. Oktober 1956Patented in the territory of the Federal Republic of Germany on May 3, 1955 Patent application published October 11, 1956
Patenterteilung bekanntgemacht am 21. März 1957 Die Priorität der Anmeldung in den V. St. v. Amerika vom 4. Mai 1954 ist in Anspruch genommenGrant of patent announced on March 21, 1957 The priority of the application in the V. St. v. Claimed America May 4, 1954
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trennung niedrigsiedender Gasgemische und betrifft insbesondere einen doppelten Druckkreislauf zur Trennung von Luft in ihre Hauptbestandteile für die Gewinnung unterschiedlicher Mengen flüssigen und gasförmigen Sauerstoffes und von Sauerstoff verschiedener Reinheit.The invention relates to a method and an apparatus for separating low-boiling points Gas mixtures and relates in particular to a double one Pressure circuit for the separation of air into its main components for the extraction of different ones Quantities of liquid and gaseous oxygen and of oxygen of various purities.
Bei der Trennung von Luft in ihre Hauptbestandteile ist es erwünscht, daß die Trennungsprodukte,When separating air into its main components, it is desirable that the separation products,
insbesondere der gewonnene Sauerstoff, den Wünschen des Verbrauchers hinsichtlich Reinheit, physikalischem Zustand und Verbrauchsmenge weitestgehend entsprechen. Die bisherigen Lufttrennungsanlagen wurden zur Gewinnung entweder von flüssigem oder von gasförmigem Sauerstoff verwendet. Anlagen für die Gewinnung von flüssigem und gasförmigem Sauerstoff waren für gewöhnlich unzulänglich und nicht anpassungsfähig hinsichtlich jeglicher Änderung desin particular the oxygen obtained, the wishes of the consumer in terms of purity, physical Condition and consumption rate largely correspond. The previous air separation systems were used for the production of either liquid or gaseous oxygen. Attachments for the Liquid and gaseous oxygen production have usually been inadequate and inadaptable regarding any change to the
Verhältnisses der flüssigen zur gasförmigen Gewinnung. Aus diesem Grunde kann mit den Kreislaufverfahren mit hoher Druckluft nach Heylandt nur flüssiger Sauerstoff wirksam gewonnen werden, während niedrige Druckluft-Kreislaufverfahren nach Frankl lediglich zur Gewinnung von gasförmigem Sauerstoff wirksam angewendet werden können.Ratio of liquid to gaseous production. For this reason, the Heylandt cycle process with high compressed air can only be more liquid Oxygen can be obtained effectively, while low-level compressed air circulation method according to Frankl only can be used effectively for the production of gaseous oxygen.
Häufig sind die Betriebe der Verbraucher so vielseitig, daß sowohl flüssiger als auch gasförmiger ίο Sauerstoff in unterschiedlichen Erzeugungsmengen von einer einzigen Lufttrennungsanlage benötigt werden. Eine solche Anpassungsmöglichkeit des Betriebes bringt bedeutende Schwierigkeiten im Aufbau eines wirksamen Kreislaufverfahrens mit sich. Einige Betriebsanlagen sind so verschieden, daß sowohl Sauerstoff niedriger Reinheit (ungefähr 95°/0) als auch Sauerstoff hoher Reinheit (etwa 99,6 °/0 und mehr) wirtschaftlich verwendet werden können. Die relativen Verbrauchsmengen für Sauerstoff niedriger und hoher Reinheit können ebenfalls unterschiedlich sein. So kann z. B. eine plötzliche Änderung in den Betriebsplänen ein ebenso plötzliches Ansteigen oder Fallen des Verbrauches an Sauerstoff hoher oder niedriger Reinheit oder jede beliebige Kombination solchen Verbrauches erfordern. Solche wechselnden Produktionserfordernisse bilden ernsthafte Schwierigkeiten bei der Aufteilung eines wirksamen Kreislaufes, der allen diesen Situationen gerecht wird.Often the businesses of the consumers are so diverse that both liquid and gaseous ίο oxygen are required in different amounts by a single air separation system. Such adaptability of the operation brings with it significant difficulties in establishing an effective cycle process. Some plants are so diverse that both low purity oxygen (about 95 ° / 0 ) and high purity oxygen (about 99.6 ° / 0 and more) can be used economically. The relative consumption rates for low and high purity oxygen can also be different. So z. For example, a sudden change in operational schedules may require an equally sudden increase or decrease in the consumption of high or low purity oxygen, or any combination of such consumption. Such changing production requirements create serious difficulties in partitioning an effective cycle to cope with all of these situations.
Zur wirksamen Gewinnung von nur flüssigem Sauerstoff hoher Reinheit werden allgemein die Systeme oder Kreislaufverfahren nach Heylandt verwendet. Diese erfordern hohen Anfangsluftdruck und arbeiten mit Ausdehnung bei der Erzeugung äußerer Arbeiten eines großen Teiles der Hochdruckluft, bevor sie tiefgekühlt wurde.For the effective production of only liquid oxygen of high purity, the Systems or circulation processes according to Heylandt used. These require high initial air pressure and work with expansion in the production of external work of a large part of the high pressure air, before it was frozen.
Zur wirksamen Gewinnung von nur gasförmigem Sauerstoff niedriger Reinheit wird das sogenannte Frankl-System angewendet. Bei solchen Kreislaufverfahren beträgt der anfängliche Luftdruck ungefähr 5,27 kg/cm2 über atmosphärischem Druck; die Luft wird hierbei mittels kalter Akkumulatoren gekühlt, während die Kühlung durch Ausdehnungsarbeit eines Teiles der tiefgekühlten Luft bewirkt wird. Zur Gewinnung von flüssigem Sauerstoff wurde eine Ab-Wandlung des Frankl-Kreislaufverfahrens vorgeschlagen, bei welcher den erhöhten Anforderungen an die Kühlung durch Ausdehnungsarbeit eines größeren Teiles der Luft entsprochen wird, und zwar der sogenannten Überschußluft, die nicht der Trennung unterworfen werden kann und somit an Leistung verlorengeht.The so-called Frankl system is used for the effective extraction of only gaseous oxygen of low purity. In such cycle processes, the initial air pressure is approximately 5.27 kg / cm 2 above atmospheric pressure; the air is cooled by means of cold accumulators, while the cooling is effected by the expansion work of part of the deep-frozen air. To obtain liquid oxygen, a modification of the Frankl cycle process has been proposed, in which the increased requirements for cooling are met by expansion work of a larger part of the air, namely the so-called excess air, which cannot be subjected to separation and thus on Performance is lost.
Das sogenannte Linde-Frankl-Kreislaufverfahren stellt eine Verbesserung des Verfahrens nach Frankl dar. Nach diesem Verfahren wird ein zusätzlicher Hochdruck-Luftstrom für sich indirekt gekühlt und über eine Drossel an die Rektifizierkolonne zur Gewährleistung der Selbstreinigungswirkung der kalten Akkumulatoren abgegeben. Dies kann als »Doppeldruck-Kreislaufverfahren« bezeichnet werden, bei welchem die Expansion des Hochdruckstromes den Kühlungsbedarf nur für die Gewinnung von gasförmigem Sauerstoff deckt. Nach einer eventuellen Neuordnung zur gleichzeitigen flüssigen Gewinnung würde ein solches Kreislaufverfahren unwirksam sein und der gewünschten Anpassungsfähigkeit entbehren. The so-called Linde-Frankl cycle process represents an improvement of the Frankl method. According to this method, an additional High-pressure air flow for itself indirectly cooled and via a throttle to the rectification column to ensure the self-cleaning effect of the cold Batteries released. This can be referred to as the "double pressure cycle process" at which the expansion of the high pressure stream only requires cooling for the production of gaseous Oxygen covers. After a possible reorganization for simultaneous liquid extraction such a cycle process would be ineffective and lack the desired adaptability.
Nach einem Vorschlag zur Gewinnung von Sauerstoff auch hoher Reinheit nach dem Linde-Frankl-Verfahren zur hauptsächlichen Gewinnung von Sauerstoff niedriger Reinheit sollen eine Hilfs-Rektifizierkolonne mit mit ihr verbundenen Wärmeaustauschern und ein Kompressor zum Komprimieren eines Teiles des Sauerstoffes niedriger Reinheit sowie zum Kühlen, Verflüssigen und Rektifizieren desselben zur Erzeugung eines gasförmigen Produktes hoher Reinheit hinzugefügt werden. Dieses letztere Verfahren ist ebenfalls nicht für eine wirksame Gewinnung von unterschiedlichen Mengen flüssigen und gasförmigen Sauerstoffes geeignet und bedingt überdies für die Gewinnung von Sauerstoff hoher Reinheit kostspielige Umgestaltungen und zusätzliche Geräte.According to a proposal for the production of oxygen, also of high purity, using the Linde-Frankl process an auxiliary rectification column should be used for the main production of low-purity oxygen with heat exchangers connected to it and a compressor for compressing a part of low-purity oxygen as well as for cooling, liquefying and rectifying the same for production of a gaseous product of high purity can be added. This latter procedure is also not for an effective production of different amounts of liquid and gaseous oxygen suitable and, moreover, conditionally expensive for the production of high-purity oxygen Refurbishments and additional equipment.
Sonach besteht ein Bedürfnis für ein neues Kreislaufverfahren des Doppeldrucktyps, mit welchem die begrenzten Möglichkeiten der früheren Verfahren für eine wirksame und anpassungsfähige Gewinnung von flüssigem wie auch von gasförmigem Sauerstoff im gewünschten Verhältnis zueinander sowie auch für die Gewinnung sowohl von gasförmigem Sauerstoff hoher Reinheit als auch von solchem niedriger Reinheit in der gewünschten Menge bei Anwendung einer einzigen zweistufigen Rektifizierkolonne vermieden werden.Accordingly, there is a need for a new cycle process of the double pressure type with which the limited possibilities of previous methods for effective and adaptable extraction of liquid as well as gaseous oxygen in the desired ratio to each other as well as for the Obtaining both high and low purity gaseous oxygen avoided in the desired amount when using a single two-stage rectifying column will.
Ein wesentliches Ziel der vorhegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines verbesserten Doppeldruck-Kreislaufverfahrens für die Trennung gasförmiger Gemische, wie Luft, bei welchem sowohl flüssige als auch gasförmige Produkte, wie z. B. Sauerstoff, gleichzeitig und wirksam gewonnen werden können.It is therefore an essential aim of the present invention to provide an improved double pressure cycle process for the separation of gaseous mixtures, such as air, in which both liquid and gaseous products, such as B. Oxygen, can be obtained simultaneously and effectively can.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Doppeldruck-Kreislaufverfahrens für die Trennung eines Luftgemisches, mit welchem die Anwendung nur eines einzigen Austauschers oder einer einzigen Rektifizieranlage für einen weiten Bereich an Gasbedarf ermöglicht wird.Another object of the present invention is to provide a dual pressure cycle process for the separation of an air mixture with which the use of only a single exchanger or a single rectifier for a wide range of gas requirements.
Weiter wird mit der Erfindung beabsichtigt, ein Doppeldruck-Kreislaufverfahren für die Trennung von Luft in ihre Bestandteile zu schaffen, welches die Eigenschaften eines anpassungsfähigen Betriebes für einen weiten Bereich des stofflichen Bedarfes aufweist zur gleichzeitigen Gewinnung unterschiedlicher Mengen flüssigen und gasförmigen Sauerstoffes verschiedener Reinheit.It is further contemplated by the invention to provide a double pressure cycle process for separation of air into its components, which has the properties of an adaptable company for has a wide range of material requirements for the simultaneous production of different quantities liquid and gaseous oxygen of various purities.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich mithin insbesondere auf ein Verfahren zur Trennung niedrigsiedender Gasgemische durch Rektifizierung bei niedriger Temperatur, bei welchem Gasgemischströme unter Kondensationsdruck sowie unter hohem Druck vorgesehen sind, wobei der Strom unter Kondensationsdruck durch Wärmeaustausch mit .,einem Teil des Trennungsproduktes auf eine Temperatur nahe seiner Kondensationstemperatur abgekühlt wird, während ein erster Teil des Hochdruckstromes durch Ausdehnungsarbeit auf den Kondensationsdruck abgekühlt wird und ein zweiter Teil des Hochdruckstromes durch Wärmeaustausch einschließlich eines Wärme-The present invention therefore relates in particular to a method for separating low-boiling points Gas mixtures by rectification at low temperature, at which gas mixture flows are provided under condensation pressure and under high pressure, the stream under condensation pressure by heat exchange with., a part of the Separation product is cooled to a temperature close to its condensation temperature, while a first part of the high pressure flow is cooled to the condensation pressure by expansion work and a second part of the high pressure flow through heat exchange including a heat
austausches mit einem anderen Teil des Trennungsproduktes auf eine niedrige Temperatur abgekühlt und der auf diese Weise abgekühlte zweite Teil auf den Kondensationsdruck expandiert und eine teilweise Verflüssigung der Dampfteile der sich ergebenden Ströme unter Kondensationsdruck bewirkt wird, um die Flüssigkeitszufuhr für die Rektifizierung zu gewährleisten. exchange cooled with another part of the separation product to a low temperature and the second part cooled in this way expands to the condensation pressure and one part Liquefaction of the vapor parts of the resulting streams under condensation pressure is effected in order to to ensure hydration for rectification.
Nach der Erfindung ist das Verfahren im wesentliehen dadurch gekennzeichnet, daß der nicht verflüssigte Rest auf eine solche Temperatur überhitzt wird, daß er sich nach Ausdehnungsarbeit auf Rektifizierdruck in einem trockenen, gesättigten Zustand befindet und alsdann der überhitzte Dampf sich ausdehnt, sowie daß die proportionale Abgabe der gas-•förmigen und flüssigen Trennungsprodukte durch Weiterleiten eingestellter Mengen des expandierten Dampfes zur Rektifikation sowie zu dem ausströmenden, niedrigersiedenden Produkt der Rektifikation gesteuert wird und/oder durch Regeln der proportionalen Menge des unter hohem Druck zugeführten Gasgemisches zu dem unter Kondensationsdruck zugeführten. According to the invention, the method is essentially characterized in that the non-liquefied remainder is superheated to such a temperature becomes that it is in a dry, saturated state after expansion work to rectification pressure is located and then the superheated steam expands, as well as that the proportional release of the gaseous • and liquid separation products by passing adjusted amounts of the expanded Steam for rectification as well as to the outflowing, lower-boiling product of the rectification is controlled and / or by regulating the proportional amount of the supplied under high pressure Gas mixture to the supplied under condensation pressure.
Die Erfindung betrifft ferner auch eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. The invention also relates to a device for carrying out the method described.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird zum Verändern der relativen Mengen von unter hohem und niedrigem Druck zugeführter Luft ein Zusatzkompressor unterschiedlicher Kapazität zur Behandlung der Hochdruckluftmenge verwendet. Die gesamte zugeführte Luft wird zunächst in einem Niederdruckkompressor komprimiert, worauf ein Teil der Ausströmmenge als Niederdruckstrom dem Niederdruck-Luftkühlungssysteni zugeführt wird. Der veränderliche Rest wird zur Bildung des Hochdruckstromes in der Zusatzmaschine weiter komprimiert. According to a preferred embodiment, to vary the relative amounts from under high and low pressure air an additional compressor of different capacities for treatment the amount of high pressure air used. All of the air supplied is initially in one Low-pressure compressor compresses, whereupon part of the outflow quantity as low-pressure flow to the low-pressure air cooling system is fed. The variable remainder is further compressed to form the high pressure flow in the additional machine.
Zur Erzielung von Höchstleistungen wird der Niederdruckluftstrom gekühlt und durch Wärmeaustausch mit den kalten Trennungsprodukten in periodisch reservierten kalten Regeneratoren oder kalten Akkumulatoren gereinigt. Der Hochdruckteil wird in zwei Ströme aufgespalten in einer Weise ähnlich dem Heylandt-Kreislaufverfahren, wobei ein Hochdruckstrom indirekt gegenläufig unter Hochdruck gekühlt wird, während der restliche Strom in einer Expansionsmaschine für äußere Arbeit auf Kosten der inneren Energie behandelt wird. Alle Gasströme werden zusammen .in einem einzigen Skrubber oder Gaswäscher zur Entfernung des restlichen Kohlendioxydes und anderer Verunreinigungen behandelt, wobei ein Teil des gewaschenen Gases turbo-expandiert wird, um den Erfordernissen des Verfahrens hinsichtlich der Kühlung auf niedrige Temperatur zu entsprechen. Der Skrubber und die Rektifizierkolonne können gegebenenfalls miteinander verbunden werden.To achieve maximum performance, the low-pressure air flow is cooled and through heat exchange with the cold separation products in periodically reserved cold regenerators or cold accumulators cleaned. The high pressure part is split into two streams in one way similar to the Heylandt cycle process, with a high pressure flow indirectly counter-rotating under high pressure is cooled while the remainder of the stream is used in an expansion machine for external work Cost of internal energy is dealt with. All gas flows are combined in one Scrubbers or gas scrubbers to remove residual carbon dioxide and other contaminants treated, whereby part of the scrubbed gas is turbo-expanded to meet the requirements of the Procedure in terms of cooling to correspond to low temperature. The scrubber and the Rectifying columns can optionally be connected to one another.
Zu den weiteren wesentlichen Merkmalen und Vorteilen der Kombination von Elementen des Kreislaufverfahrens nach der Erfindung gehören unter anderem: i. Ein Hochdruckluftstrom läßt sich in üblicher Weise zum Aufheizen des dem Turbo-Expander zugeführten Gasteiles durch Gegenstromaustausch verwenden. Hierdurch werden Schwierigkeiten vermieden, wie z. B. die weiter oben angeführte Notwendigkeit der Anwendung eines Anzapf- oder Nebenschlußstromes aus einem diesem Zweck dienenden Niederdruckregenerator. Demgemäß werden beträchtliche wirtschaftliche Einsparungen dadurch verwirklicht, daß ein kleinerer und billigerer Vorheizaustauscher verwendet werden kann.To the other essential features and advantages of the combination of elements of the cycle process according to the invention include, inter alia: i. A high pressure air stream can be in usual Way to heat up the gas part fed to the turbo-expander by countercurrent exchange use. This avoids difficulties such. B. the above Necessity of using a tap or shunt current from one serving this purpose Low pressure regenerator. Accordingly, significant economic savings are realized by that a smaller and cheaper preheat exchanger can be used.
2. Das Erfordernis eines Regenerator-Nebenschlußluftstromes nach Frankl entfällt darüber hinaus auch, weil der andere Grund für seine Anwendung, nämlich die Schaffung von Wärmeungleichgewicht zur Selbstreinigung von Regeneratoren, durch ein einfacheres Mittel erreicht wird. Die vorliegende Kombination von Systemen niedrigen und hohen Druckes zur Zuführung von Luft zu den Kolonnen ergibt den Durchgang einer Menge des kalten Rektifikationsproduktes durch die Regeneratoren entsprechend der Luftmenge, die durch die Regeneratoren strömt, um zu gewährleisten, daß sich keine Abscheidungen ansammeln. Auf diese Weise liegen die Bedingungen so, daß die kalten Rektifikationsprodukte befähigt sind, alles durch die eintretende Luft abgeschiedene Wasser und Kohlendioxyd vollständig mit sich herauszuführen, wodurch sich die Regeneratoren im Betrieb selbst reinigen.2. The requirement for a regenerator bypass airflow According to Frankl is also not applicable because the other reason for its application, namely the creation of heat imbalance for self-cleaning regenerators, through a easier means is achieved. The present combination of systems low and high Pressure to supply air to the columns results in the passage of a quantity of the cold rectification product through the regenerators according to the amount of air that is passed through the regenerators flows to ensure that deposits do not accumulate. In this way they lie Conditions so that the cold rectification products are capable of everything through the incoming Air-separated water and carbon dioxide are completely removed with them, thereby reducing the Clean regenerators yourself during operation.
3. Das System ist ferner zur Erzeugung von gasförmigem Sauerstoff hoher Reinheit besonders geeignet. Das kalte gasförmige Sauerstofferzeugnis hoher Reinheit kann durch indirekten, gegenläufigen Wärmeaustausch mit einem Strom eintretender Hochdruckluft erwärmt werden. Diese Erwärmung kann ebenfalls durch indirekte, mit dem Regenerator verbundene Wärmeaustauschschlangen bewirkt werden.3. The system is also particularly suitable for generating gaseous oxygen of high purity. The cold, gaseous oxygen product of high purity can be produced indirectly by counter-rotating Heat exchange with a stream of incoming high pressure air. This warming can also be effected by indirect heat exchange coils connected to the regenerator.
In jedem Fall ist das Erzeugnis hoher Reinheit nicht durch restliche Luft verunreinigt.In any event, the high purity product is not contaminated with residual air.
4. Das neue System ist insbesondere auch einstellbar auf große Änderungsbereiche des Gasbedarfes unter Vermeidung von Schwierigkeiten, wie sie beim Betrieb eines einfachen Niederdruck-Sauerstoffkreislaufverfahrens nach Frankl auftreten, wenn der Gasbedarf plötzlich abfällt. Zu diesen Schwierigkeiten gehören z.B.:4. The new system can also be adjusted to a large range of changes in gas demand Avoid the difficulties associated with operating a simple low pressure oxygen cycle process occur according to Frankl when the gas demand suddenly drops. These difficulties include e.g .:
a) Überschüssige Gaserzeugung kann an die Atmosphäre abgegeben werden, was allerdings hinsichtlich der Betriebskosten wenig geeignet sein würde.a) Excess gas generation can be released into the atmosphere, but what about the operating costs would be unsuitable.
b) Überschüssige Gaserzeugung kann als Gas für spätere Zwecke gespeichert werden, was allerdings sehr hohe Investitionskosten bedingen würde.b) Excess gas generation can be stored as gas for later purposes, which, however would require very high investment costs.
c) Die Zufuhr von Luft zur Anlage kann vermindert werden, was vom Standpunkt der Betriebskosten aus günstiger ist, jedoch eine starke Begrenzung der durch den Kompressor oder die Rektifizierkolonne bestimmten Luftzufuhrmenge mit sich bringt, weil die meisten Luft-Kreiselkompressoren nicht unter 50% ihrer Kapazität arbeiten und weil die Rektifizierkolonne dieser Verfahrensweise die wesentlichste Begrenzung entgegensetzt. Selbst wenn das Ausmaß der Luftkompression auf -jedes gewünschte Niveau herabgesetzt werden könnte, würde die Kolonne gegebenenfalls nur so wenig Luft bearbeiten, daß sie wegen der unangemessenen Flüssigkeitsstufe in Trögenc) The supply of air to the plant can be reduced, which is from the standpoint of operating costs is more favorable, but a strong limitation of the determined by the compressor or the rectifying column Air supply volume with it, because most air centrifugal compressors do not fall below 50% their capacity work and because the rectification column of this procedure is the most important limitation opposed. Even if the amount of air compression is to any desired level could be reduced, the column would possibly only process so little air that it because of the inadequate level of liquid in troughs
usw. nicht richtig funktionieren würde. Dies kann z. B. bei etwa 35% des veranschlagten Luftvolumens auftreten, so daß jegliches Absinken im Verbrauch unter 35% des normalen Niveaus eine Speicherung 5 oder Abweisung des überschüssigen Gases erfordern würde.etc. would not work properly. This can e.g. B. at about 35% of the estimated air volume occur, so any decrease in consumption below 35% of the normal level will result in storage 5 or rejection of the excess gas.
d) Überschüssige Luft kann dem Turbo-Expander abgezweigt werden, um das Überschußprodukt zum Zwecke der Speicherung so zu verflüssigen wie flüssigen Sauerstoff. Das Verfahren zur Gewinnung von Flüssigkeit durch Expansion überschüssiger Luft ist teurer als die Gewinnung von Flüssigkeit gemäß einem gebräuchlichen Hochdrucksystem nach Heylandt. Ein weiterer Nachteil ist, daß der größte Teil der Turbinenkapazität zur Erwärmung der eintretenden Luft erforderlich ist und nur wenig zur Gewinnung der Flüssigkeit übrigbleibt.d) Excess air can be diverted from the turbo-expander to the excess product Liquefied for storage purposes like liquid oxygen. The process of obtaining liquid by expansion of excess air is more expensive than the recovery of liquid according to a conventional one Heylandt high pressure system. Another disadvantage is that most of the Turbine capacity is required to heat the incoming air and little to extract the air Liquid remains.
Ein wesentlicher Vorteil des Doppeldruck-Kreislaufverfahrens nach der vorliegenden Erfindung ist, daß die gesamte Hochdruckluft an die Kolonne weitergeleitet wird und keine zum Turbo-Expander abgezweigt zu werden braucht, so daß ein ausreichend hoher Luftdruck zugeführt werden kann, um die Kolonne in wirksamer Tätigkeit zu halten, selbst wenn kein gasförmiges Sauerstoffprodukt gewonnen wird. Andererseits kann das Hochdruckluftsystem zu Zeiten hohen Bedarfes an gasförmigem Sauerstoff abgeleitet werden, damit sich der Gebrauch der gesamten Betriebskapazität der Kolonne zur Sauerstoffgewinnung ermöglichen läßt. Hieraus ergibt sich, daß der Doppeldruckkreislauf nach der vorliegenden Erfindung einen weiten Betriebsbereich für die Gasgewinnung ermöglicht.A major advantage of the double pressure cycle process according to the present invention is that all of the high-pressure air is passed on to the column and none of it is branched off to the turbo-expander needs to be so that a sufficiently high air pressure can be supplied to the To keep the column operating even when no gaseous oxygen product is obtained. On the other hand, the high-pressure air system can have a high demand for gaseous oxygen derived so that the use of the entire operating capacity of the column for oxygen production allows. It follows that the double pressure circuit according to the present Invention enables a wide operating range for gas extraction.
5. Das System nach der Erfindung ermöglicht auch eine nahezu kontinuierliche Einstellung derart, daß wechselnden Anforderungen an gasförmigem Sauerstoff entsprochen werden kann. Obgleich die Menge der Hochdruckluftzufuhr nur stufenweise eingestellt werden kann, kann das System im Falle mittlerer Bedarfsmengen durch Änderung der Luftmenge durch den Turbo-Expander arbeiten. Dies bedeutet, daß das System bei manchen Bedarfsanforderungen unter Umständen nicht mit maximaler Leistung arbeiten würde, jedoch die Menge der erzeugten Flüssigkeit durch die Anwendung der auf »Uberschußluft« beruhenden Betriebsweise verhältnismäßig klein gehalten werden kann, wenn genügend »Stufen« für die Hochdruckluftzufuhr vorgesehen sind.5. The system according to the invention also allows an almost continuous adjustment such that changing requirements for gaseous oxygen can be met. Although the amount of High pressure air supply can only be adjusted gradually, the system can in the case of medium Required quantities work by changing the amount of air through the turbo expander. This means, that the system may not perform at its maximum capacity for certain requirements would work, but the amount of liquid produced by the application of the "excess air" based operating mode can be kept relatively small if there are enough "levels" for the high pressure air supply are provided.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß in einfacher Weise ein seitlich anzubauender Kondensator vorgesehen wird, der zur Anpassung des Verhältnisses von Flüssigkeit zu Luft bei der Sauerstoffgewinnung beiträgt.Another feature of the invention is that in a simple manner a laterally attached Condenser is provided to adjust the ratio of liquid to air in the Oxygen production contributes.
Ferner lassen sich sehr vorteilhaft Mittel zur Kühlung eines Hochdruckluftstromes in vielfachen Abschnitten vorsehen mit neuartigen Mitteln zur Erwärmung eines gewaschenen Luftdampfflusses bei verhältnismäßig niedrigem Druck in einem der Abschnitte zur anschließenden Expansion in einer Expansionseinrichtung, wobei der Zustand der Hochdruckluft vor Eintritt in diesen Abschnitt derart ist, daß die gewünschte Erwärmung der zu expandierenden Luftdampfmenge bewirkt wird. 1Furthermore, means for cooling a high-pressure air stream can be very advantageously multiply Provide sections with novel means of heating a washed stream of air vapor relatively low pressure in one of the sections for subsequent expansion in one Expansion device, the state of the high pressure air before entering this section is such, that the desired heating of the amount of air vapor to be expanded is effected. 1
Weitere Merkmale der Erfindung sind aus den Darstellungen von Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung zu entnehmen. Es zeigt Fig. ι eine schematische Ansicht einer Doppeldruckanordnung zur Trennung von Luft nach der vorliegenden Erfindung undFurther features of the invention are evident from the representations of exemplary embodiments and from can be found in the following description. It shows Fig. Ι a schematic view of a double print arrangement for separating air according to the present invention and
Fig. 2 eine Ansicht, im wesentlichen gleich der ^0 Fig. i, einer abgewandelten Ausführungsform.FIG. 2 is a view, essentially similar to FIG. 1 , of a modified embodiment.
Alle nachfolgend angegebenen Druckwerte sind Meßwerte oberhalb Atmosphärendruck.All of the pressure values given below are measured values above atmospheric pressure.
Gemäß der Fig. 1 wird ein Gasgemisch, z. B. gewöhnliche atmosphärische Luft, in das System bei zwei verschiedenen Druckniveaus, nämlich einem niedrigen Druck zwischen 4,21 und 7,03 kg/cm2, vorzugsweise etwa 5,27 kg/cm2, und einem hohen Druck zwischen 70,3 und. 211 kg/cm2, vorzugsweise etwa 140 kg/cm2, eingeführt. Zweckmäßigerweise wird die gesamte zugeführte Luft zunächst in einer Kompressoreinheit 10 komprimiert und unter einem verhältnismäßig niedrigen Druck von ungefähr 5,27 kg/cm2 abgegeben. Ein Teil dieser Luft unter niedrigem Druck tritt durch eine Lufteinlaufleitung 11 in das Kühlungstrennsystem ein, während der verbleibende Rest in gewünschter Menge weiter auf einen verhältnismäßig hohen Druck komprimiert wird zur anschließenden Einführung in das Trennsystem, wie weiter unten beschrieben wird.According to FIG. 1, a gas mixture, for. B. ordinary atmospheric air, into the system at two different pressure levels, namely a low pressure between 4.21 and 7.03 kg / cm 2 , preferably about 5.27 kg / cm 2 , and a high pressure between 70.3 and . 211 kg / cm 2 , preferably about 140 kg / cm 2 . Expediently, all of the air supplied is first compressed in a compressor unit 10 and released under a relatively low pressure of approximately 5.27 kg / cm 2 . Part of this air under low pressure enters the cooling separation system through an air inlet duct 11, while the remainder is further compressed in the desired amount to a relatively high pressure for subsequent introduction into the separation system, as will be described further below.
Da gasförmige Verunreinigungen in der Luft, die höhere Siedepunkte als Sauerstoff haben, bei den für die Verflüssigung und Rektifizierung der Luft angewendeten Temperaturen gefrieren und dadurch die Kontinuität des Lufttrennkreislaufes behindern, wird nach der vorliegenden Erfindung der unter niedrigem Druck stehende Teil der Luft gekühlt und die Trennungsprodukte in periodisch reversierten kalten Akkumulatoren oder Regeneratoren 12,13, 14 oder 15 wieder erwärmt. Während einer solchen Kühlung der Luft werden Feuchtigkeit und Kohlendioxyd als Feststoffe in Form von Eis od. dgl. auf dem inneren Oberflächenbereich der Regeneratoren abgeschieden, worauf nach der »Reversierung« des Regenerators die gefrorene Abscheidung durch die in uiagekefaier 1-05 RichtungströmendenTrennungsprodukteentferntwird. Wie veranschaulicht, werden vier Regeneratoren vorgesehen, doch können es auch mehr oder weniger sein, wobei die Regeneratoren 12, 13 vorzugsweise durch ein abgesondertes gasförmiges Sauerstoffprodukt, die Regeneratoren 14, 15 vorzugsweise durch ein abgesondertes Stickstoffgas gekühlt werden.Because gaseous impurities in the air, which have higher boiling points than oxygen, are used for the liquefaction and rectification of the air applied freeze and thereby the Obstructing the continuity of the air separation circuit, according to the present invention, the under low The pressurized part of the air is cooled and the separation products in periodically reversed cold Accumulators or regenerators 12, 13, 14 or 15 reheated. During such cooling of the air, moisture and carbon dioxide become solids in the form of ice or the like. Deposited on the inner surface area of the regenerators, whereupon after the "reversing" of the regenerator the frozen separation by the in uiagekefaier 1-05 Direction of the separation products is removed. As illustrated, there are four regenerators provided, but it can also be more or less, the regenerators 12, 13 preferably by a secreted gaseous oxygen product, the regenerators 14, 15 preferably by a secreted nitrogen gas can be cooled.
Zur völligen Entfernung etwaiger Kohlendioxydteilchen, die noch in der Luft enthalten sein könnten, wird die Luft weiter in einem entsprechenden Skrubber oder Gaswäscher 17 vor Eintritt in die Austauschanlage gereinigt. Hierfür wird die vom Regenerator gekühlte Luft durch die Regeneratorluftleitungen 18 und 19 an die Skrubbereinlaßleitung 20 abgegeben und dann in den unteren Abschnitt der Skrubber- iao einheit 17 geführt.To completely remove any carbon dioxide particles that may still be in the air, the air is further in a corresponding scrubber or gas scrubber 17 before entering the exchange system cleaned. For this purpose, the air cooled by the regenerator is passed through the regenerator air lines 18 and 19 are delivered to the scrubber inlet line 20 and then into the lower section of the scrubber iao unit 17 led.
Der Skrubber 17 ist in üblicher Weise ausgebildet und weist einen länglichen, im allgemeinen zylindrischen Behälter mit einem Raum zur Flüssigkeitsaufnahme an seinem unteren Ende und Kondensier- oder Verflüssigungsschlangen 21 und 22 in dem darüberThe scrubber 17 is conventional and has an elongated, generally cylindrical Container with a space for absorbing liquid at its lower end and condensing or liquefaction coils 21 and 22 in the one above
befindlichen Raum auf, die abgesonderte Gasprodukte, z. B. Sauerstoff bzw. Stickstoff, enthalten. Die vom Regenerator gekühlte Luft wird in den Skrubber 17 an oder nahe seinem Boden abgegeben und fließt durch ein Bad aus Wasch- oder Skrubberflüssigkeit, das aus sauerstoffreicher verflüssigter Luft besteht. Diese Skrubberflüssigkeit wird durch eine von einem Drosselventil 24 gesteuerte Leitung 23 hindurchgeschickt und weiter durch ein System zur Entfernung von Verunreinigungen, das einen Filter 25 zur Beseitigung fester Verunreinigungen einschließlich Kohlendioxydteilchen aufweist. Ein Reservefilter 25 a liegt im Nebenschluß zum Filter 25 und ermöglicht die Reinigung oder Entfernung sowie den Austausch des Filters 25 ohne Unterbrechung des Waschflüssigkeitsstromes. Die Verflüssigungsschlangen 21 und 22 erzeugen Flüssigkeit zum Waschen der eintretenden Luft durch Kondensation eines Teiles der gewaschenen Luft.located room, the segregated gas products, z. B. oxygen or nitrogen. The air cooled by the regenerator is discharged into the scrubber 17 at or near its bottom and flows through a bath of washing or scrubbing liquid, which consists of oxygen-rich liquefied air. This scrubbing liquid is passed through a line 23 controlled by a throttle valve 24 and further through a contaminant removal system which has a filter 25 for removing solid contaminants including carbon dioxide particles. A reserve filter 25 a is shunted to the filter 25 and enables cleaning or removal and replacement of the filter 25 without interrupting the flow of washing liquid. The liquefaction coils 21 and 22 generate liquid for washing the incoming air by condensing part of the washed air.
Ein Teil des reinen Dampfes im Skrubber 17 wird durch eine Auslaßleitung 26 für gewaschenen Luftdampf zur Rektifizierkolonne geschickt, während ein anderer Teil vorzugsweise durch die Dampfleitung 27 einem Kondensator 28 zum Wärmeaustausch zugeführt wird, wo er gegebenenfalls kondensiert, und dann durch eine Rücklaufleitung 29 dem Skrubber 17 als flüssige Luft wieder zugeleitet wird, und zwar in diesem Fall als zusätzliche Aufbereitungsflüssigkeit.A portion of the pure steam in the scrubber 17 is passed through an outlet line 26 for washed air steam sent to the rectification column, while another part is preferably sent through the steam line 27 is fed to a condenser 28 for heat exchange, where it condenses if necessary, and then is fed back to the scrubber 17 as liquid air through a return line 29, namely in this Case as an additional treatment liquid.
Der restliche Teil des sauberen, im Skrubber gewaschenen Dampfes im Skrubber 17 wird durch eine Leitung 30 geführt zur Ausführung thermodynamischer Funktionen, wie z. B. Kühlen und Kälteerzeugung durch Expansion zwecks Erhöhung der Leistung des Lufttrennkreislaufes, und anschließend ganz oder teilweise in die Rektifikation abgegeben, wie weiter unten beschrieben.The remaining part of the clean, scrubber washed steam in the scrubber 17 is through a Line 30 led to the execution of thermodynamic functions, such as. B. Cooling and refrigeration by expansion to increase the performance of the air separation circuit, and then completely or partially released into the rectification, as described below.
Die Sauerstoff- und Stickstofftrennungsprodukte in den Schlangenrohren 21 und 22 sind mit den unteren oder kalten Enden der Sauerstoffregeneratoren 12 und 13 bzw. der Stickstoffregeneratoren 14 und 15 mittels der Leitungen 31 und 32 in Verbindung gebracht.The oxygen and nitrogen separation products in the coiled tubes 21 and 22 are with the lower ones or cold ends of the oxygen regenerators 12 and 13 and the nitrogen regenerators 14 and 15, respectively brought by means of lines 31 and 32 in connection.
Ein Kompressor 40 veränderlicher Kapazität nimmt an seinem Einlaßende Luft niedrigen Druckes aus der Leitung 11 bei einem Druck von etwa 5,27 kg/cm2 auf und gibt sie bei einem verhältnismäßig hohen Druck zwischen 84,3 und 211 kg/cm2, vorzugsweise bei 140 kg/cm2, an einen Vorkühlkanal 41 zum Wärmeaustausch mit einem gegenströmenden Teil des gesonderten, durch die Leitung 43 dem Vorkühlkanal 42 zugeführten Stickstoffes ab.A variable capacity compressor 40 takes in low pressure air from line 11 at its inlet end at a pressure of about 5.27 kg / cm 2 and preferably supplies it at a relatively high pressure between 84.3 and 211 kg / cm 2 140 kg / cm 2 , to a pre-cooling channel 41 for heat exchange with a counter-flowing part of the separate nitrogen supplied to the pre-cooling channel 42 through the line 43.
Ein weiterer Abschnitt für die Kühlung der auf Hochdruck komprimierten Luft ist in einem üblichen, von außen gekühlten Vorkühler 44 verwirklicht, wo die Temperatur der unter hohem Druck stehenden Luft auf etwa —400 gesenkt wird. Ammoniak, Kohlendioxyd und ein handelsübliches Kühlmittel aus Fluor-Kohlenwasserstoff bilden Beispiele für Kühlmittel, die hierfür in Frage kommen. Für gewöhnlich werden zwei solche Vorkühler vorgesehen, so daß die aus der Luft herausgefrorene Feuchtigkeit durch Abtauen des einen Kühlers entfernt werden kann, während der andere in Betrieb ist.Another section for cooling the compressed air at high pressure is realized in a conventional, externally cooled precooler 44 where the temperature of the high pressure air is lowered to about -40 0th Ammonia, carbon dioxide and a commercially available fluorohydrocarbon coolant are examples of coolants that can be used for this purpose. Usually two such pre-coolers are provided so that the moisture frozen out of the air can be removed by defrosting one cooler while the other is in operation.
Vom Vorkühler 44 wird die Luft in zwei Ströme aufgeteilt, wobei ein Strom durch eine Hochdruckluftleitung 46 einem hin- und hergehenden Expansionszylinder 47 zugeführt wird, wo er auf einen niedrigeren Druck von ungefähr 5,27 kg/cm2 expandiert und durch eine Leitung 48 abgegeben wird, welche sich mit der auf niedrigen Druck komprimierten Luft in der Einlaßleitung 20 des Skrubbers zur Vermehrung der im Skrubber 17 von Verunreinigungen zu befreienden Luftzufuhr vereinigt. Der andere Strom der aufgeteilten, auf hohen Druck komprimierten Luft wird in einen Kanal 50 eines Gegenstrom-Wärmeaustauschers C abgegeben, wo die Luft im Wärmeaustausch -mit den Kanälen 51 und 52 gekühlt wird, die gegenströmenden hochreinen Sauerstoff bzw. ausströmende Stickstoffgasprodukte enthalten.Air is split into two streams by precooler 44, one stream being fed through high pressure air line 46 to a reciprocating expansion cylinder 47 where it expands to a lower pressure of approximately 5.27 kg / cm 2 and discharged through line 48 which combines with the air compressed to low pressure in the inlet line 20 of the scrubber to increase the air supply to be freed from impurities in the scrubber 17. The other stream of split, high-pressure compressed air is discharged into a channel 50 of a countercurrent heat exchanger C, where the air is cooled in heat exchange with channels 51 and 52 which contain countercurrent high-purity oxygen and nitrogen gas products flowing out.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung wird ein größerer Teil der gesonderten gasförmigen Stickstoffprodukte in der Leitung 32 für die Kühlung der unter verhältnismäßig niedrigem Druck stehenden Regeneratorluft verwendet.1 Der verbleibende und zugleich kleinere Teil des gesonderten Stickstoff gases wird für die Kühlung eines Teiles der Hochdruckluft verwendet. Demzufolge fließt der Hauptstrom des Stickstoffgases in der Leitung 32 zu den Regeneratoren 14 und 15, während der kleinere Strom durch eine Gegenstromzweigleitung 54 fließt, welche mit dem Kanal 52 verbunden ist. · Nach Erwärmen des Stickstoffes im Kanal 52 durch Kühlen der Luft im Kanal 50 wird der Stickstoff an den Vorkühler 42 durch die Leitung 43 abgegeben, worauf der erwärmte Stickstoff weiter verwendet oder einfach an die Atmosphäre abgegeben werden kann.In the arrangement shown in FIG. 1, a larger part of the separate gaseous nitrogen products in line 32 is used for cooling the regenerator air which is under relatively low pressure. 1 The remaining and at the same time smaller part of the separate nitrogen gas is used to cool part of the high-pressure air. As a result, the main stream of nitrogen gas flows in line 32 to regenerators 14 and 15, while the smaller stream flows through a countercurrent branch line 54 which is connected to channel 52. After heating the nitrogen in channel 52 by cooling the air in channel 50, the nitrogen is released to precooler 42 through line 43, whereupon the heated nitrogen can be used further or simply released into the atmosphere.
Für die weitere. Kühlung des aus dem Gegenstromkanal 50 austretenden Hochdruckluftstromes sind zusätzliche Mittel vorgesehen. Hierfür wird der Hochdruckluftstrom in einen Turbinen-Vorheizaustauschkanal 53 eingeführt, wo die Temperatur der Luft durch Wärmeaustausch mit dem kalten, im Skrubber gewaschenen Luftdampf der Leitung 130 weiter herabgesetzt wird. Alsdann wird diese gekühlte Hochdruckluft durch ein Ventil 55 auf 3,87 bis 5,27 kg/cm2 expandiert, um die Zufuhr der Niederdruckluft in der Einlaßleitung 20 des Skrubbers zu vermehren. *For the further. Additional means are provided for cooling the high-pressure air stream emerging from the countercurrent channel 50. For this purpose, the high-pressure air flow is introduced into a turbine preheating exchange duct 53, where the temperature of the air is further reduced by heat exchange with the cold air vapor in line 130, which has been washed in the scrubber. This cooled high pressure air is then expanded through a valve 55 to 3.87 to 5.27 kg / cm 2 in order to increase the supply of the low pressure air in the inlet line 20 of the scrubber. *
Der aus dem Turbinen-Vorheizaustauscher 53 austretende erwärmte und gewaschene Luftdampf wird durch eine Leitung 56 zum Einlaß einer Expansionsturbine 57 geführt. Die von der Turbine gewonnene äußere Arbeit wird vorzugsweise über eine entsprechende Kupplungsverbindung der Turbine mit einem elektrischen Generator verwendet. Die gewonnene Kühlung wird in dem System benutzt.The heated and washed air vapor exiting the turbine preheat exchanger 53 becomes passed through a line 56 to the inlet of an expansion turbine 57. The one obtained from the turbine external work is preferably carried out using a corresponding coupling connection of the turbine used an electric generator. The cooling obtained is used in the system.
Da sich gegebenenfalls ein Teil der Luft während der Expansion in der Turbine verflüssigen kann, wird die zu expandierende Luft in dem Turbinenvorheizer auf eine solche Temperatur erwärmt, daß die Turbinenabsaugung so nahe wie möglich und nicht unter der Temperatur ihrer trockenen Sättigung liegt. Gegebenenfalls kann saubere Luft aus der Skrubberleitung 30 direkt der Turbine 57 über ein Nebenschlußventil 3Oa zur besseren Steuerung der Temperatur zugeführt werden.Since some of the air may liquefy during the expansion in the turbine, the air to be expanded is heated in the turbine preheater to such a temperature that the turbine suction is as close as possible and not below the temperature of its dry saturation. If necessary, clean air from the scrubber line 30 can be fed directly to the turbine 57 via a bypass valve 3O a for better control of the temperature.
Die Rektifikation der flüssigen und gasförmigen Luft wird in einer üblichen Rektifizierkolonne 59 verwirklicht, die verhältnismäßig große Abmessungen aufweisen kann. Wie in Fig. 1 gezeigt, gehört die Rektifizierkolonne 59 zu dem gebräuchlichen Doppelkolonnentyp mit einer unteren länglichen Hochdruck-Rektifizierkolonnenkammer 60, einer oberen länglichen ' Niederdruck-Rektifizierkolonne 61, die über der unteren Kolonne angeordnet ist, und einem Hauptkondensator 62, welcher die Hochdruckkammer 60 von der oberen Niederdruck-Rektifizierkolonne abriegelt. Der Hauptkondensator 62 ist mit vertikalen Röhren 63 versehen, die in einer Sauerstoffsammeikammer 64 im unteren Teil der oberen Kolonne angeordnet sind, wobei die unteren Enden dieser Röhren mit dem oberen Ende der Rektifizierkammer 60 in Verbindung stehen und sich die oberen Röhren in eine Abschlußkappe 65 öffnen. Ein ringförmiger, vorspringender Trog 66 unterhalb der äußeren Kondensatorröhren sammelt hochreinen verflüssigten Stickstoff aus diesen Röhren. Ein Teil der Stickstoffflüssigkeit wird über eine durch ein Drosselventil gesteuerte Stickstoffleitung 67 in das obere Ende der Kolonne 61 zur Bildung einer Rücklaufflüssigkeit für die obere Kolonne geführt. Der restliche flüssige Sauerstoff tropft zurück in das obere Ende der unteren Kolonne 60, um für diese eine Rücklaufflüssigkeit vorzusehen.The rectification of the liquid and gaseous Air is realized in a conventional rectifying column 59, which is relatively large in size may have. As shown in FIG. 1, the rectifying column 59 is of the common double column type having a lower elongated high pressure rectifying column chamber 60, an upper elongated one 'Low pressure rectifying column 61, which is above the lower Column is arranged, and a main condenser 62, which the high pressure chamber 60 from the upper Locks the low pressure rectification column. The main capacitor 62 is provided with vertical tubes 63, which are arranged in an oxygen collection chamber 64 in the lower part of the upper column, the lower ends of these tubes are in communication with the upper end of the rectification chamber 60 and the upper tubes open into an end cap 65. An annular protruding trough 66 below the outer condenser tubes, high-purity liquefied nitrogen collects from these tubes. Part of the nitrogen liquid is supplied via a nitrogen line 67 controlled by a throttle valve passed into the upper end of the column 61 to form a reflux liquid for the upper column. The remaining liquid oxygen drips back into the upper end of the lower column 60 in order for this one Provide return liquid.
Ein erster Abschnitt zur Rektifizierung der im Skrubber gewaschenen Luft in der Rektifizierkammer 60 wird in bekannter Weise zur Gewinnung im wesentlichen reinen flüssigen Stickstoffes, der durch die Leitung 67 abgezogen wird, und einer beträchtlich mit Sauerstoff angereicherten Flüssigkeit am Boden der Kammer 60 verwirklicht. Diese Flüssigkeiten werden zusammen mit gereinigter Skrubberflüssigkeit und gekühltem, gereinigtem Luft dampf aus der Absaugung der Turbine 57 an die obere Kolonne weitergeleitet, wobei der Luftdampf der oberen Rektifizierkolonne 61 in einstellbaren Mengen durch eine Dampf einlaßleitung 71 an einer Stelle in der Mitte dieser Kolonne zugeführt wird. Die Skrubberflüssigkeit in einer Leitung 72, die zuvor in einem Filter 25 gefiltert und durch die mit Sauerstoff angereicherte Luft aus der unteren Kolonne über eine Leitung 73 mit einem zwischengeschalteten Drosselventil vermehrt wurde, tritt in die obere Kolonne zwischen den Leitungen 67 und 71 für den flüssigen Stickstoff bzw. den Luftdampf ein.A first section for the rectification of the scrubber-washed air in the rectification chamber 60 is used in a known manner to obtain essentially pure liquid nitrogen, which is produced by the Line 67 is withdrawn and a substantially oxygenated liquid at the bottom the chamber 60 is realized. These fluids are mixed with purified scrub fluid and cooled, purified air vapor from the suction of the turbine 57 to the upper column forwarded, the air vapor of the upper rectifying column 61 through in adjustable amounts a steam inlet line 71 is fed at a point in the middle of this column. The scrubber fluid in a line 72 which has previously been filtered in a filter 25 and enriched with oxygen Increased air from the lower column via a line 73 with an interposed throttle valve enters the upper column between lines 67 and 71 for the liquid nitrogen or the air vapor.
Als ein Ergebnis des Rektifikationsprozesses in der oberen Kolonne 61 kann ein Sauerstoffgas niedriger Reinheit mit ungefähr 95 % Sauerstoff nahe dem Boden der oberen Kolonne an einer Stelle ein Stück oberhalb der Kammer 64 durch eine Sauerstoffentfernungsleitung 75 abgezogen werden. In der Kammer 64 wird praktisch reiner, den Hauptkondensator 62 umgebender flüssiger Sauerstoff gewonnen und gesammelt, der aus dieser Kammer über eine Leitung 76 abgezogen und in den Nebenkondensator 28 geführt werden kann.As a result of the rectification process in the upper column 61, oxygen gas can lower Approximately 95% purity oxygen near the bottom of the top column at a point a little way up the chamber 64 can be withdrawn through an oxygen removal line 75. In the chamber 64 is practically pure, the main condenser 62 surrounding liquid oxygen obtained and collected from this chamber can be drawn off via a line 76 and fed into the secondary condenser 28.
Die sich beim Rektifiziervorgang in der oberen Kolonne 61 ergebende gasförmige Stickstoffausströmung wird über die Leitung 80 oben aus der Kolonne entfernt und zu dem Stickstoff-Wärmeaustauscher 78 geschickt, wo sie im Gegenstrom gegen den flüssigen Stickstoff höheren Druckes in der Leitung 67 erwärmt wird. Gleichzeitig wird der flüssige Stickstoff in der Leitung 67 vor seiner Expansion durch das Drosselventil 68 weiter gekühlt.The gaseous nitrogen outflow resulting from the rectification process in the upper column 61 is removed from the top of the column via line 80 and to nitrogen heat exchanger 78 sent, where it is heated in countercurrent against the liquid nitrogen of higher pressure in line 67 will. At the same time, the liquid nitrogen in the line 67 is before its expansion through the throttle valve 68 further cooled.
Das aus dem Wärmeaustauscher 78 austretende Stickstoffgas strömt durch die Leitungen 81 und 82 zur Verflüssigungsschlange 22 im Skrubber 17, um dessen Kühlwirkung auszunutzen und um ihn gleichzeitig zur Gewährleistung. maximaler Regeneratorleistung zu überhitzen.The nitrogen gas exiting heat exchanger 78 flows through lines 81 and 82 to the liquefaction coil 22 in the scrubber 17 in order to utilize its cooling effect and around it at the same time to guarantee. to overheat at maximum regenerator capacity.
Der Nebenkondensator 28 weist eine große Anzahl paralleler enger Metallröhren 84, vorzugsweise aus Kupfer, auf, die mittels perforierter, oben und unten an den Röhren angeordneter Röhrenbleche 85 zusammengehalten werden. Oberhalb der Röhren 84 befindet sich eine Kupferkappe 86 mit einer Leitung 88 für hochreines Sauerstoffgas zur Aufnahme verdampften Sauerstoffgases vom Nebenkondensator. Unterhalb der Röhren 84 befindet sich ein Sammelbehälter oder Sauerstoffkammer 87 zur Aufnahme des flüssigen Sauerstoffes aus der Leitung 76 für hochreinen Sauerstoff. Durch Einführen des Skrubberluftdampf es in der Leitung 27 in den Raum um die Röhren herum und zwischen den Platten 85 und Sieden des im Sammelbehälter 87 des Kondensators befindlichen flüssigen Sauerstoffes wird Sauerstoff verdampft und fließt durch die Röhren 84 des Seitenkondensators und in die Kappe 86.The secondary capacitor 28 comprises a large number of parallel narrow metal tubes 84, preferably Copper, held together by means of perforated tubular sheets 85 arranged on the top and bottom of the tubes will. A copper cap 86 with a line 88 is located above the tubes 84 for high-purity oxygen gas for taking up vaporized oxygen gas from the secondary condenser. Below the tubes 84 there is a collecting container or oxygen chamber 87 for receiving the liquid oxygen from line 76 for high purity oxygen. By introducing the scrubber air vapor it in line 27 into the space around the tubes and between plates 85 and boiling of the liquid oxygen in the collecting container 87 of the condenser, oxygen is evaporated and flows through the tubes 84 of the side capacitor and into the cap 86.
Obgleich nach der obigen Beschreibung die Verwendung der im Skrubber gewaschenen Luft außerhalb der Röhren 84 und des flüssigen Sauerstoffes in der Sauerstoffkammer 87 vorgesehen wird, ist der Nebenkondensator gleichermaßen auch für eine umgekehrte Anwendung geeignet, d. h. mit der gewaschenen Luft innerhalb der Röhren und dem flüssigen Säuerstoff außerhalb derselben. Andererseits können auch Vorkehrungen getroffen werden, um Stickstoffgas der unteren Kolonne an Stelle gewaschenen Luftdampfes zum Verdampfen des flüssigen Sauerstoffes im Nebenkondensator zu verwenden, oder der Nebenkondensator 28 kann entfallen, und seine Funktionen werden vom Hauptkondensator 63 mit übernommen, der dann entsprechend vergrößert werden müßte.Although according to the description above, the use of the scrubber-washed air outside of the tubes 84 and the liquid oxygen in the oxygen chamber 87 is provided as the sub-condenser equally suitable for a reverse application, i. H. with the washed air inside the tubes and the liquid oxygen outside them. On the other hand, you can also take precautions taken to nitrogen gas from the lower column instead of scrubbed air vapor to use to evaporate the liquid oxygen in the secondary condenser, or the secondary condenser 28 can be omitted, and its functions are taken over by the main capacitor 63, which then would have to be enlarged accordingly.
Der aus der Kappe 86 des Nebenkondensators austretende gasförmige Sauerstoff hoher Reinheit mit einem Sauerstoffgehalt von etwa 99,5 °/0 oder mehr strömt durch die Leitung 88 mit dem zwischengeschalteten Steuerventil 89 zu und durch den Kanal zum Anwärmen des hochreinen Sauerstoffes, um die in den Gegenstrom-Wärmeaustauschkanal 50 eintretende Hochdruckluft vorzukühlen, wobei ein größerer Teil der Kühlwirkung des kalten hochreinen gasförmigen Sauerstoffes zurückgewonnen wird.The exiting from the cap 86 of the secondary condenser high purity gaseous oxygen with an oxygen content of about 99.5 ° / 0 or more flows through the line 88 with the interposed control valve 89 to and through the channel for heating the high-purity oxygen to the in the Countercurrent heat exchange channel 50 to precool high pressure air entering, wherein a greater part of the cooling effect of the cold high-purity gaseous oxygen is recovered.
Es leuchtet ein, daß unter den gegebenen Anlaufbedingungen der in der Turbine 57 expandierte Dampf nicht vollständig frei von schädlichen Stoffen wie Kohlendioxyd sein kann, da die anfängliche Kühlung und die im Skrubber 17 verfügbare Skrubberflüssigkeit nicht ausreichen, um diese Verunreinigungen zu entfernen. Aus diesem Grunde kann Kohlendioxyd in die Rektifizieranlage gelangen und gegebenenfalls den Trennvorgang nachteilig beeinflussen. Um diesen beim Anlaufvorgang auftretenden Zustand zu ver-It is clear that under the given start-up conditions, the steam expanded in the turbine 57 cannot be completely free of harmful substances such as carbon dioxide, since the initial cooling and the scrubber liquid available in the scrubber 17 is insufficient to remove these contaminants. For this reason, carbon dioxide can get into the rectification system and possibly the Adversely affect the separation process. In order to avoid this state that occurs during the start-up process
meiden, sind ein Unterbrecherventil 124 und eine mittels des Ventils 92 gesteuerte Nebenleitung vorgesehen
zum Abzweigen und Umleiten der in der Turbine gekühlten Luft der Leitung 71 durch die Stickstoffgasleitung
82, die Schlange 22 und durch die Stickstoffregeneratoren 14 oder 15 als Abfallgas hinaus. Sobald
ausreichende Kühlung und Flüssigkeit im Skrubber 17 verfügbar und geeignete Dauerbedingungen geschaffen
sind, so daß die Zufuhr reinen Dampfes aus dem Kappenteil gewährleistet ist, kann das Ventil 124
geöffnet werden, und der reine, in der Turbine expandierte Dampf in der Leitung 71 wird direkt in die obere
Rektifizierkolonne 61 geschickt.
Wenn das Ventil 92 geschlossen und das Ventil 124 geöffnet ist, sind die Arbeitsbedingungen für eine
maximale Gewinnung von gasförmigem Sauerstoff durch das System gegeben. Wird nur das System
niedrigen Luftdruckes ohne Flüssigkeitsgewinnung benutzt, wird die vom Haupt- zum Nebenkondensator
weitergeleitete Flüssigkeit vorzugsweise durch einen CO2 und Kohlenwasserstoff adsorbierenden, nicht
veranschaulichten Abscheider geleitet, der vorteilhafterweise Kieselerdegel enthält.avoid, an interrupter valve 124 and a secondary line controlled by means of valve 92 are provided for branching off and diverting the turbine-cooled air in line 71 through nitrogen gas line 82, coil 22 and through nitrogen regenerators 14 or 15 as waste gas. As soon as sufficient cooling and liquid are available in scrubber 17 and suitable permanent conditions are created so that the supply of pure steam from the cap part is ensured, valve 124 can be opened and the pure steam, expanded in the turbine in line 71, is directly fed into the upper rectifying column 61 sent.
When valve 92 is closed and valve 124 is open, the operating conditions are in place for maximum gaseous oxygen recovery by the system. If only the system with low air pressure is used without liquid recovery, the liquid passed on from the main condenser to the secondary condenser is preferably passed through a separator (not shown) which adsorbs CO 2 and hydrocarbons and advantageously contains silica gel.
Für eine hohe Gewinnung von flüssigem Sauerstoff und eine geringe Gewinnung von gasförmigem Sauerstoff kann der Gasstrom in den Leitungen 88 bzw. 75 mittels der Drosselventile 89 in der Leitung 88 und dem Ventil 150 in der Leitung 75 herabgesetzt werden, welche jeweils die Gewinnung des gasförmigen Sauerstoffes hoher und niedriger Reinheit steuern. Der flüssige Sauerstoff im Sammelbehälter 87 kann vorzugsweise am Boden des Seitenkondensators 28 mittels einer ventilgesteuerten Leitung 93 für den hochreinen flüssigen Sauerstoff abgezogen werden. Dementsprechend kann aus der Kammer 64 des Hauptkondensators flüssiger Sauerstoff abgezogen werden. Während der Gewinnung von großen Mengen flüssigen Sauerstoffes verarbeitet die obere Kolonne 61 eine größere Menge Gas, und wegen der begrenzten Kapazitat der Kolonne kann hierbei eine Erhöhung des Rückdruckes auf die Expansionsturbine 57 eintreten. Dies ist jedoch unerwünscht, da hierdurch die Kühlwirkung der Turbine herabgesetzt wird; demzufolge wird das Nebenschlußventil 92 geöffnet, um einen Teil oder alle expandierte Luft abzuleiten, so daß auf diese Weise der Turbinenrückdruck vermindert und die Turbinenkühlung verstärkt wird. Gemäß dieser Verfahrensweise wird eine verhältnismäßig größere Menge flüssiger Luft im Verflüssigungsabschnitt des Skrubbers 17 gewonnen, die auf diese Weise die bei der Gewinnung flüssigen Sauerstoffes abgezogene Kühlung kompensiert.For a high recovery of liquid oxygen and a low recovery of gaseous oxygen can the gas flow in the lines 88 and 75 by means of the throttle valves 89 in the line 88 and the valve 150 in the line 75, which in each case the extraction of the gaseous oxygen control high and low purity. The liquid oxygen in the collecting container 87 can preferably at the bottom of the side condenser 28 by means of a valve-controlled line 93 for the high purity liquid oxygen can be withdrawn. Accordingly, from the chamber 64 of the main condenser liquid oxygen can be withdrawn. During the extraction of large quantities of liquid Oxygen processed the upper column 61 a larger amount of gas, and because of the limited capacity In the column, an increase in the back pressure on the expansion turbine 57 can occur. this however, it is undesirable because this reduces the cooling effect of the turbine; consequently the bypass valve 92 is opened to vent some or all of the expanded air so that on in this way the turbine back pressure is reduced and the turbine cooling is increased. According to this Procedure is a relatively larger amount of liquid air in the liquefaction section of the Scrubbers 17 won, which in this way withdrew the liquid oxygen during the extraction Cooling compensated.
Ist eine'gleichzeitige Gewinnung von flüssigem und gasförmigem Sauerstoff erwünscht, lassen sich diese Produkte in einfacher Weise zugleich aus ihren entsprechenden Leitungen 75, 88 und 149 in jeder gewünschten Menge abziehen, welche durch entsprechende Einstellung der Düsenventile der Turbine 57, der Nebenleitung 92 und der Ventile 150 bzw. 89 bzw. 93 gewählt wird.Is a 'simultaneous extraction of liquid and If gaseous oxygen is desired, these products can be extracted from their corresponding products in a simple manner at the same time Remove lines 75, 88 and 149 in any desired amount, which is determined by appropriate Adjustment of the nozzle valves of the turbine 57, the secondary line 92 and the valves 150 and 89, respectively or 93 is selected.
Es läßt sich erkennen, daß bei der vorliegenden Anordnung der doppelten Kühlabschnitte 50 und 53 bestimmte Begrenzungen der Betriebsbedingungen darstellen. Der Teil des unter einem Druck von 5,27 kg/cm2 stehenden, im Skrubber gewaschenen Gases, der von der Kolonne zur Gewährleistung optimaler Reinheit nicht benötigt wird, wird in der Turbine 57 zur Gewinnung äußerer Arbeit expandiert. Wie bereits zuvor erwähnt, ist es wünschenswert, dieses gewaschene Gas mit Hochdruckluft in der Schlange 53 aufzuheizen, damit auf diese Weise eine anschließende Verflüssigung in der Expansionsturbine 57 vermieden wird. Demzufolge muß eine ausreichende Menge von Hochdruckluft zirkulieren, um den Sauerstoff und den Stickstoff in den Durchlassen 51 bzw. 52 des Gegenstrom-Wärmeaustauschers C und das gewaschene Gas in der Schlange 130 entsprechend zu erwärmen. Die zweckdienliche Verteilung der Hochdruckluft wird durch Arbeitsausdehnung des Restes in der Maschine 47 gewährleistet.It can be seen that with the present arrangement of the double cooling sections 50 and 53 present certain limitations on the operating conditions. That part of the gas which is under a pressure of 5.27 kg / cm 2 and is washed in the scrubber, which is not required by the column to ensure optimum purity, is expanded in the turbine 57 to obtain external work. As mentioned above, it is desirable to heat this scrubbed gas with high pressure air in the coil 53, so that a subsequent liquefaction in the expansion turbine 57 is avoided in this way. Accordingly, a sufficient amount of high pressure air must be circulated to heat the oxygen and nitrogen in passages 51 and 52, respectively, of countercurrent heat exchanger C and the scrubbed gas in coil 130, respectively. Appropriate distribution of the high pressure air is ensured by working expansion of the remainder in machine 47.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform nach der . Fig. 2 bilden die Funktionen des Skrubbers 17 und des Nebenkondensators 28 einen Teil der Doppelrektifizierkolonne. In a modified embodiment according to the. Fig. 2 form the functions of the scrubber 17 and of the secondary condenser 28 is part of the double rectification column.
In der Fig. 2 wird eine doppelte Rektifizierkolonne 95 mit einer oberen Kolonne 96, einem Hauptkondensator 97 und einer unteren Kolonne 98 veranschaulicht, die im wesentlichen den in Fig. 1 gezeigten Teilen entsprechen. Die untere Kolonne 98 ist jedoch verlängert, um die wesentlichen Voraussetzungen für eine entsprechende Skrubbertätigkeit zu schaffen. Anstatt den gekühlten Luftdampf der Leitung 20 in den Skrubber zu führen, kann bei dieser Anordnung die Luft durch ein aus sauerstoffreicher flüssiger Luft bestehendes Skrubberbad in den verlängerten oder Kesselteil der unteren Kolonne 98 geleitet werden, indem sie einfach direkt in den Boden dieses Teiles eingelassen wird. Diese Luft strömt durch die Skrubberflüssigkeit und tritt als sauber gewaschener Luftdampf aus, der beim Aufsteigen in der Kolonne in genau derselben Weise wie der Luftdampf in der in Fig. ι veranschaulichten unteren Kolonne 60 rektifiziert wird. Der Hauptvorzug der mit dem Skrubber ein Ganzes bildenden unteren Kolonne liegt in den niedrigeren Herstellungskosten.2 shows a double rectifying column 95 with an upper column 96, a main condenser 97 and a lower column 98 which essentially have the parts shown in FIG correspond. The lower column 98 is extended, however, to the essential requirements for a to create appropriate scrubbing activities. Instead of the cooled air vapor of the line 20 in the With this arrangement, scrubbers can pass the air through an oxygen-rich liquid air Scrubber bath are passed into the extended or kettle portion of the lower column 98, by simply sinking it directly into the bottom of this part. This air flows through the scrub liquid and emerges as clean, washed air vapor, which as it rises in the column in in exactly the same way as the air vapor is rectified in the lower column 60 illustrated in FIG will. The main advantage of the lower column, which forms a whole with the scrubber, lies in the lower manufacturing costs.
Außerdem erfüllt die untere Kolonne ihre Skrubberfunktionen durch Zuspeisen von Skrubberflüssigkeit zu der oberen Kolonne 96 durch eine Leitung 23 mit einem Steuerventil 24 und einem Filtersystem 25, 25a ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten.In addition, the lower column fulfills its scrubber functions by feeding scrubber liquid to the upper column 96 through a line 23 with a control valve 24 and a filter system 25, 25 a similar to that shown in FIG.
Bei einem Vergleich mit der Fig. 1 ergibt sich ferner, daß der ausgewaschene Luftdampf für den Turbinen-Vorheizaustauscher 53 mittels der Luftdampfleitung 99 mit einem Steuerventil 100 zugespeist wird, wobei die Leitung 99 mit der unteren Kolonne in Verbindung steht. Ein Teil des reinen Dampfes in der Leitung 99 wird über eine Zweigleitung 104 in einen Verflüssiger 101 mit Sauerstoff- und Stickstoff-Verflüssigungsschlangen 102 und 103 entsprechend den Verflüssigungsschlangen 21 und 22 der Fig. 1 abgeleitet, welcher die kondensierte Aufbereitungsflüssigkeit durch eine Rückführleitung 105 auf Grund von Eigengewjchtzuspeisung in die untere Kolonne führt. Der Zweck des Verflüssigers 101, der aus baulichen Gründen vom Sammelbehälter 127 getrennt ist, ist allgemein auf die Bewirkung genügender Über-A comparison with FIG. 1 also shows that that the washed-out air vapor for the turbine preheating exchanger 53 by means of the air vapor line 99 is fed with a control valve 100, the Line 99 is in communication with the lower column. Part of the pure steam in line 99 is via branch line 104 into a liquefier 101 with oxygen and nitrogen liquefaction coils 102 and 103 correspond to the liquefaction coils 21 and 22 of Fig. 1 derived, which the condensed treatment liquid leads through a return line 105 due to Eigengewjchtzuspeisung in the lower column. The purpose of the condenser 101, which is separate from the collecting tank 127 for structural reasons, is generally to the effect of sufficient over-
hitzung der Trennprodukte zum wirksamen Betrieb der Regeneratoren 12, 13, 14 und 15 .gerichtet.heating of the separation products for the efficient operation of the regenerators 12, 13, 14 and 15.
Aus der oberen Kolonne 96 wird Gas niedriger Reinheit mittels der Sauerstoffabzugsleitung 75 wie in Fig. ι abgezogen und der Verflüssigungsschlange 102 zugespeist, wo es ausreichend für den anschließenden Durchgang durch die Leitung 31 zu den sauerstoffgekühlten Regeneratoren 12 und 13 erwärmt wird. Als gebräuchliches Mittel zur Gewinnung von Sauerstoff hoher Reinheit sowohl im flüssigen als auch im gasförmigen Zustand ohne Nebenkondensatoren zur Bewirkung dieser Funktionen wird flüssiger Sauerstoff in einstellbaren Mengen vom Boden der Kammer 64 in der oberen Kolonne 96, z. B. mittels einer durch ein Ventil roy gesteuerten Leitung 106, entfernt, während hochreiner gasförmiger Sauerstoff aus der oberen Kolonne'96 an einer Stelle so nahe wie möglich und oberhalb des Spiegels des flüssigen Sauerstoffes in der Kammer 64 durch eine Leitung 108 für hochreines Gas abgezogen wird.From the upper column 96, low-purity gas is obtained by means of the oxygen withdrawal line 75 such as subtracted in Fig. ι and the liquefaction coil 102 fed where there is sufficient for the subsequent passage through line 31 to the oxygen-cooled Regenerators 12 and 13 is heated. As a common means of obtaining High purity oxygen in both liquid and gaseous state without secondary condensers to achieve these functions, liquid oxygen is drawn from the bottom in adjustable quantities Chamber 64 in the upper column 96, e.g. B. by means of a line 106 controlled by a valve roy, removed while high purity gaseous oxygen from the upper column '96 at a point so close as possible and above the level of liquid oxygen in chamber 64 through conduit 108 for high purity gas is withdrawn.
Die Verwendung der Kapazität des hochreinen Gases in der Leitung 108 für die Kühlung geschieht in anderer Weise als bei dem entsprechenden Gas in der Leitung 88 der Fig. 1. In diesem Fall wird der hochreine Sauerstoff anstatt durch einen Dreiwege-Gegenstromwärmeaustauscher, wie z. B. den Gegenstromkanal 50 der Fig. 1, im Wärmeaustausch mit den stickstoffgekühlten Regeneratoren 14 und 15 durch das in die Regeneratorwandungen verlegte Kühlmittel, nämlich die Kühlschlangen 110, von denen vorzugsweise eine für jeden Regenerator vorgesehen ist, mittels der Leitung in für hochreinen Sauerstoff geleitet, die mit der Leitung 108 verbunden und durch Ventile 109 und ioga gesteuert wird. Abweichend hierzu lassen sich die" Sauerstoffschlangen auch außen um den Regeneratorkörper wickeln. Der Sauerstofffluß in den Kühlschlangen 110 kann entweder kontinuierlich sein, oder es werden Vorkehrungen zum wechselnden Umschalten des Flusses zwischen den Regeneratoren 14 und 15 getroffen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein kontinuierlicher Sauerstoffnuß in den Kühlschlangen 110 bevorzugt.The use of the capacity of the high purity gas in line 108 for cooling is different from that of the corresponding gas in line 88 of FIG. B. the countercurrent channel 50 of FIG. 1, in heat exchange with the nitrogen-cooled regenerators 14 and 15 through the coolant laid in the regenerator walls, namely the cooling coils 110, one of which is preferably provided for each regenerator, by means of the line in for high-purity oxygen connected to line 108 and controlled by valves 109 and iog a. Notwithstanding this, the oxygen coils can also be wrapped around the outside of the regenerator body. The oxygen flow in the cooling coils 110 can either be continuous, or provisions are made to switch the flow alternately between the regenerators 14 and 15. In the present embodiment, a continuous oxygen flow is used in the cooling coils 110 are preferred.
Es leuchtet ein, daß wegen der Anwendung des hochreinen Sauerstoffgases als zusätzliches Kühlmittel in den Regeneratoren 14 und 15 die Notwendigkeit eines Dreiwege-Gegenstromwärmeaustauschers, wie z. B. der Wärmeaustauscher 50 in der Fig. 1, entfällt. Demgemäß lassen sich bei dem in Fig. 2 veranschaulichten Kreislaufverfahren diese Wärmeaustauschmittel durch einen billigeren und leistungsfähigeren Zweiwege-Gegenstromwärmeaustauscher 112 ersetzen, bei welchem Hochdruckluft aus dem Vorkühler 44 im Durchlaß 113 gegen das gegenströmende abgesonderte Stickstoffgasprodukt in der Leitung 54, das durch die Leitung 114 fließt, gekühlt wird. Es ist weiter einleuchtend, daß wegen der Anwendung des Sauerstoffhilfskühlmittels in den Regeneratoren 14 und 15 die Menge des durch diese Regeneratoren fließenden Stickstoffgases herabgesetzt und der Gasfluß in der Leitung 114 entsprechend erhöht werden kann.It is clear that because of the use of the high purity oxygen gas as an additional coolant in regenerators 14 and 15 the need for a three-way countercurrent heat exchanger, such as B. the heat exchanger 50 in Fig. 1 is omitted. Accordingly, the illustrated in FIG Cycle processes these heat exchange media through a cheaper and more powerful one Replace two-way countercurrent heat exchanger 112 which uses high pressure air from the precooler 44 in passage 113 against the counter-flowing, separated nitrogen gas product in line 54, flowing through line 114 is cooled. It is further evident that because of the application of the Auxiliary oxygen coolant in regenerators 14 and 15 will determine the amount of oxygen produced by these regenerators flowing nitrogen gas and the gas flow in line 114 can be increased accordingly can.
Als andere Möglichkeit zur direkten Zuspeisung des hochreinen Sauerstoffgases in die Leitungen 110 der Regeneratoren und insbesondere zur Vermeidung einer teilweisen Stauerstoffverflüssigung in den Kühlschlangen der Regeneratoren kann das hochreine Gas in der Leitung 108 auf etwa die Temperatur des Regeneratorstickstoffes erwärmt werden mittels einer Zweigleitung 115 mit einem Ventil H5a, das im Nebenschluß zum Steuerventil i09o liegt und mit einem Ende einer Verflüssigungsschlange 116 im Verflüssiger 101 verbunden ist, deren anderes Ende an der entgegengesetzten Seite des Ventils i09o über eine Leitung 117 mit der Leitung in in Verbindung steht. Durch Einstellen des Ventils iO9a kann ein Teil oder aller hochreiner Sauerstoff durch den Verflüssiger 101 geleitet und mit dem Sauerstoff- und Stickstoffgas in den Schlangen 102 und 103 auf eine entsprechende Temperatur für die anschließende Erwärmung in den Regeneratoren 14 und 15 gebracht werden.As another possibility for direct feeding of the high-purity oxygen gas into the lines 110 of the regenerators and in particular to avoid partial oxygen liquefaction in the cooling coils of the regenerators, the high-purity gas in the line 108 can be heated to approximately the temperature of the regenerator nitrogen by means of a branch line 115 with a valve H5 a , which is shunted to the control valve i09 o and is connected to one end of a condensing coil 116 in the condenser 101, the other end of which is on the opposite side of the valve i09 o via a line 117 with the line in connection. By setting the valve iO9a , some or all of the high-purity oxygen can be passed through the liquefier 101 and brought to a suitable temperature for the subsequent heating in the regenerators 14 and 15 with the oxygen and nitrogen gas in the coils 102 and 103.
Im Falle, daß hochreine flüssige oder gasförmige Produkte unter einem höheren Druck als dem in der oberen Kolonne 96 herrschenden erwünscht sind, kann eine Maschine 118 vorgesehen werden, um diese Produkte niedriger Temperatur bei niedrigem Druck aufzunehmen und sie unter höherem Druck abzugeben. Wenn ein flüssiges Produkt hohen Druckes erwünscht ist, weist die Maschine zweckmäßigerweise eine Pumpe, vorzugsweise eine hin und her gehende Eintauchpumpe, auf. In diesem Fall strömt Flüssigkeit durch die ventilgesteuerte Leitung 121 zur Pumpenansaugung unter niedrigem Druck, z. B. 0,21 bis 1,4 kg/cm2, und wird unter höherem Druck, z. B. 1,76 bis 211 kg/cm2, über die zum Abzugsventil 125 führende Leitung 120 abgegeben. Wird ein gasförmiges Produkt höheren Druckes gewünscht, kann die Maschine 118 einen Gaskompressor aufweisen, und das Gas niedrigen Druckes aus der Leitung 108 kann durch das Ventil 109 über den Anschluß 119 zum Kompressor 118 umgeleitet werden, aus welchem es unter höherem Druck austritt und dann in zuvor beschriebener Weise durch das Kühlsystem geleitet wird.In the event that high purity liquid or gaseous products are desired under a higher pressure than that prevailing in the upper column 96, a machine 118 can be provided to receive these low temperature products at low pressure and dispense them under higher pressure. If a high pressure liquid product is desired, the machine expediently has a pump, preferably a reciprocating immersion pump. In this case, liquid flows through the valve-controlled line 121 to the pump suction under low pressure, e.g. B. 0.21 to 1.4 kg / cm 2 , and is under higher pressure, e.g. B. 1.76 to 211 kg / cm 2 , via the line 120 leading to the trigger valve 125. If a gaseous product of higher pressure is desired, the machine 118 can have a gas compressor, and the low pressure gas from the line 108 can be diverted through the valve 109 via the connection 119 to the compressor 118, from which it exits under higher pressure and then into is passed through the cooling system in the manner described above.
Bei einer anderen und für die Gewinnung von hochreinem gasförmigem Sauerstoff bei hohem Druck bevorzugten Ausführungsform weist die Maschine 118 zweckmäßigerweise, wie zuvor beschrieben, eine Flüssigkeitspumpe auf, wobei die Nebenleitung 119 zur Rückventilierung der in der Pumpe entwickelten Dämpfe in die Kammer 64 vorgesehen ist. Anstatt die Flüssigkeit beim Anschluß 125 abzugeben, wird der Sauerstoff hohen Druckes durch das offene Ventil iO9a, die Leitung in und den Heizkanal 110 geleitet, um sodann aus diesem als hochreines Sauerstoffgasprodukt unter hohem Druck abgegeben zu werden.In another embodiment preferred for the production of high-purity gaseous oxygen at high pressure, the machine 118 expediently has a liquid pump, as described above, the secondary line 119 being provided for ventilating the vapors developed in the pump back into the chamber 64. Rather than deliver the liquid at the terminal 125, the high pressure oxygen, through the open valve IO9 a, the line and in the heating duct 110 is guided to be discharged in order to then from this as a high purity oxygen gas product under high pressure.
Die Mittel zur Variierung der relativen Mengen des Austritts von Flüssigkeit und Gas gemäß der Fig. 2 sind im wesentlichen die gleichen wie in der Fig. 1, außer daß andere Mittel zum Abzug des im Skrubber gewaschenen Gases aus der Kolonne zur anschließenden Vorheizung und Turbo-Expansion eingebaut sind. Diese Mittel weisen eine Stickstoffgasleitung 122 zum Entlüften unkondensierten Stickstoffgases aus der Kappe des Hauptkondensators 97 und ein Ventil 123 zur Steuerung dieses Gasflusses in die-Einlaßleitung 99The means for varying the relative amounts of the leakage of liquid and gas according to FIG. 2 are essentially the same as in Fig. 1, except that different means of withdrawing the in the scrubber washed gas from the column for subsequent preheating and turbo expansion are installed. These means include a nitrogen gas line 122 for venting uncondensed nitrogen gas from the Cap of the main condenser 97 and a valve 123 for controlling this gas flow into the inlet line 99
der Turbinenheizschlange auf. Ein Vorteil dieser Verfahrensweise ist die größere Gewährleistung, daß sauberes Gas in die Turbine eintritt, da möglicherweise einiges CO2 oder Kohlenwasserstoff hinübergeführt werden könnte, wenn das Gas an einer unteren Stelle in der Kolonne, wie z. B. 4n der Linie 99, abgezogen wird. Andererseits kann ein geringer Verlust an Trennleistung eintreten.the turbine heating coil on. An advantage of this approach is the greater assurance that clean gas is entering the turbine, as some CO 2 or hydrocarbon could possibly be carried over if the gas is at a lower point in the column, e.g. B. 4n the line 99 is deducted. On the other hand, there may be a slight loss of separation efficiency.
Zur Erhöhung der Flüssigkeitsgewinnung und Herabsetzung der Gewinnung gasförmigen Sauerstoffes werden mehr Turbinen-Einlaßdüsenventile geöffnet. So läßt sich das Ventil 92 ausreichend öffnen, damit eine gewünschte Menge der expandierten Luft durch die Leitung 82 umgeleitet werden kann, wodurch der Turbinenrückdruck herabgesetzt wird. Gleichzeitig wird die Gewinnung von Gas niedriger Reinheit durch ein teilweises Schließen des Ventiles 150 herabgesetzt, während die Gewinnung hochreinen, gasförmigen Sauerstoffes im gewünschten Ausmaß durch teilweises oder vollständiges Schließen des Ventiles 89 oder 109 herabgesetzt wird. Die gewünschte Menge der gewonnenen Flüssigkeit wird durch das Ventil 93 (Fig. 1) oder durch die Leitung 106 (Fig. 2) abgezogen, und zwar durch Einregeln des Ventiles 107 oder Betätigung der Pumpe 118 (Fig. 2), um Flüssigkeit aus der Leitung 121 abzuziehen und sie unter gewünschtem Druck durch die Leitung 120 und den Anschluß 125 abzugeben. Umgekehrt wird die Flüssigkeitsgewinnung herabgesetzt und die Gasgewinnung erhöht durch entgegengesetzte Einregelung der Ventile. In jedem Fall kann bei der Ausführung nach der Fig. 2 der Dampf zum Wiederaufheizen im Austauscherkanal 130 und Expansion durch die Turbine 57 aus der Hochdruckkammer 98 der Kolonne entweder über die Leitung 99 oder die Leitung 122 abgezogen werden. Jede Ausführungsform kann sowohl zur Gewinnung von nur Sauerstoff wie auch von Flüssigkeit allein eingestellt werden, indem der Hochdruckkompressor 40 mit Maximalvolumen und Hochdruck arbeitet, die Sauerstoffregeneratoren 12 und 13 abgeschlossen, die Nebenschlußventile 92 für die expandierte Luft weit geöffnet, die Ventile 124 geschlossen, die Ventile 150, 89 oder 109 (Fig. 2) für gasförmigen Sauerstoff geschlossen werden und das flüssige Sauerstoffprodukt bei 93 (Fig. 1) oder 107 (Fig. 2) abgezogen wird. Wenn in Fig. ι das Ventil für hochreinen Sauerstoff geschlossen ist, wird der gesamte in den Röhren 84 des Kondensators 28 verdampfte Sauerstoff durch die Leitung 91 zurück in die Kolonne 61 geführt. Hierdurch wird die Menge der Luft niedrigen Druckes herabgesetzt und die Menge der erzeugten Hochdruckluft vermehrt. Zum Ausgleich des Wärmeaustausches wird der durch den Gegenstromaustauschkanal 52 (Fig. 1) oder 114 (Fig. 2) strömende Anteil des ausströmenden Stickstoffes erhöht, während die Menge des durch die Regeneratoren fließenden Stickstoffes durch Einstellen des Ventils 32O in dem Zweig der Leitung 32, welche zu den Regeneratoren 14 und 15 führt, vermindert wird.More turbine inlet nozzle valves are opened to increase liquid recovery and decrease gaseous oxygen recovery. Thus, the valve 92 can be opened sufficiently to allow a desired amount of the expanded air to be diverted through the conduit 82, thereby reducing the turbine back pressure. At the same time, the recovery of low-purity gas is reduced by partially closing the valve 150, while the recovery of high-purity, gaseous oxygen is decreased to the desired extent by partially or completely closing the valve 89 or 109. The desired amount of liquid recovered is withdrawn through valve 93 (FIG. 1) or through line 106 (FIG. 2) by adjusting valve 107 or actuating pump 118 (FIG. 2) to remove liquid from the Withdraw line 121 and deliver it through line 120 and port 125 at the desired pressure. Conversely, the liquid recovery is reduced and the gas recovery is increased by adjusting the valves in the opposite direction. In any case, in the embodiment according to FIG. 2, the steam for reheating in the exchanger channel 130 and expansion by the turbine 57 can be withdrawn from the high-pressure chamber 98 of the column either via the line 99 or the line 122. Each embodiment can be set for the production of only oxygen as well as liquid alone, in that the high pressure compressor 40 operates at maximum volume and high pressure, the oxygen regenerators 12 and 13 closed, the bypass valves 92 open wide for the expanded air, the valves 124 closed, the Valves 150, 89 or 109 (Fig. 2) for gaseous oxygen are closed and the liquid oxygen product is withdrawn at 93 (Fig. 1) or 107 (Fig. 2). When the valve for high-purity oxygen is closed in FIG. 1, all of the oxygen evaporated in the tubes 84 of the condenser 28 is fed back into the column 61 through the line 91. This reduces the amount of low pressure air and increases the amount of high pressure air generated. To compensate for the heat exchange, the proportion of the nitrogen flowing out through the countercurrent exchange channel 52 (Fig. 1) or 114 (Fig. 2) is increased, while the amount of nitrogen flowing through the regenerators is increased by adjusting the valve 32 O in the branch of the line 32 which leads to the regenerators 14 and 15 is reduced.
Diese unmittelbar zuvor beschriebene Verfahrensweise läßt sich in einfacher Weise zur Gewinnung auch eines Teiles gasförmigen Sauerstoffes hoher Reinheit dadurch abwandeln, daß lediglich das Ventil 89 (Fig. 1) oder Ventil 109 (Fig. 2) geöffnet wird, um hochreinen gasförmigen Sauerstoff in der gewünschten Menge hindurchzulassen, sowie daß die Öffnung des Ventiles 32a etwas eingestellt wird, um die Wärmeaustauschbedingungen zu schaffen.This procedure described immediately above can be modified in a simple manner to obtain a portion of high-purity gaseous oxygen by simply opening valve 89 (FIG. 1) or valve 109 (FIG Allow amount to pass, and that the opening of the valve 32 a is slightly adjusted to create the heat exchange conditions.
Für die maximale Gasgewinnung und eine niedrige Gewinnung von Flüssigkeit wird der Kompressor 40 bei niedrigem Volumen und unter einem niedrigen Auslaßdruck, z. B. 84,3 kg/cm2, betrieben. Die Niederdruckluft wird in beiden Sauerstoff- und Stickstoffregeneratoren gekühlt. Ein kleinerer Teil der unter einem Druck von 84,3 kg/cm2 stehenden Luft wird im Expander 47 expandiert, um eine angemessene Heizung der Turbinenluft im Austauschkanal 130 zu gewährleisten, f Die Menge der durch die Turbine 57 expandierten Luft wird durch Schließen einiger Düsenventile herabgesetzt, und die gesamte Ausströmmenge wird durch Öffnen des Ventils 124 und Schließen des Nebenschlußventils 92 an die Rektifizierkolonne abgegeben. Das Ventil 150 für Sauerstoff niedriger Reinheit ist hierbei geöffnet, und die Ventile 89 oder 109 für hochreinen gasförmigen Sauerstoff werden zum Abziehen der gewünschten Menge hochreinen Sauerstoffes eingestellt. Die Ventile 93 (Fig. 1) oder 107 (Fig. 2) für flüssigen Sauerstoff werden zum Abziehen einer kleineren Menge flüssigen Sauerstoffes eingestellt, um einen zweckentsprechenden Flüssigkeitsspiegel in der Kammer 64 der Rektifizierkolonne aufrechtzuerhalten. Der Wärmeaustausch wird durch Einstellen des Ventiles 32O ausgeglichen.For maximum gas recovery and low liquid recovery, the compressor 40 is operated at low volume and under a low discharge pressure, e.g. B. 84.3 kg / cm 2 . The low pressure air is cooled in both oxygen and nitrogen regenerators. A smaller part of the air under a pressure of 84.3 kg / cm 2 is expanded in the expander 47 in order to ensure adequate heating of the turbine air in the exchange duct 130. The amount of air expanded by the turbine 57 is determined by closing some nozzle valves is reduced, and the entire effluent is released by opening the valve 124 and closing the bypass valve 92 to the rectification column. The low-purity oxygen valve 150 is open and the high-purity gaseous oxygen valve 89 or 109 is adjusted to withdraw the desired amount of high-purity oxygen. Liquid oxygen valves 93 (Fig. 1) or 107 (Fig. 2) are adjusted to withdraw a smaller amount of liquid oxygen in order to maintain an appropriate level of liquid in chamber 64 of the rectifying column. The heat exchange is compensated for by adjusting the valve 32 O.
Wenn es erwünscht ist, zumindest einen kleinen Teil des flüssigen Sauerstoffes abzuziehen, kann die Flüssigkeitsgewinnung auf ein unwesentliches Ausmaß bei einem kleinen Opfer anGesamtleistung herabgesetzt werden durch eine noch weitere Verminderung des auf Hochdruck komprimierten Luftteiles und entsprechende Verstärkung desLuftstromes niedrigen Druckes. Bei den veranschaulichten Ausführungsformen ist es erforderlich, genügend Luft durch den Wärmeaustauschkanal 53 zu schicken, um dem Wärmebedarf für den Turbinenluftheizkanal 130 zu entsprechen.If it is desired to withdraw at least a small portion of the liquid oxygen, the Fluid recovery reduced to insignificant levels with a small sacrifice in overall performance are achieved by a further reduction in the air part compressed to high pressure and corresponding Enhancement of the low pressure air flow. In the illustrated embodiments it is necessary to send enough air through the heat exchange duct 53 to meet the heat demand for to correspond to the turbine air heating duct 130.
Eine maximale Gesamtgewinnung von Sauerstoff wird durch die Gewinnung eines gewünschten Anteiles an der Menge des gesamten Sauerstoffes in Form von hochreinem Sauerstoff, die Gewinnung von Sauerstoff niedriger Reinheit in einer Menge von etwa 90% der Menge des vorigen Beispiels und die Gewinnung einer kleinen Menge flüssigen Sauerstoffes erzielt. Ungefähr die gleiche Menge Luft wird auf einen höheren Spitzendruck von etwa 140 kg/cm2 komprimiert, wodurch die ansteigende Kühlung auf niedrige Temperatur der erhöhten Flüssigkeitsgewinnung bewirkt wird. In diesem Fall wird die in der Turbine expandierte Luft teilweise in die Rektifizierkolonne geschickt und teilweise durch Einstellen der Ventile 124 und 92 umgeleitet, wobei das Verhältnis über 2:1 liegt. Durch die Turbine wird ebenfalls eine größere Gesamtmenge an Luft expandiert.A maximum total production of oxygen is achieved by obtaining a desired proportion of the amount of total oxygen in the form of high-purity oxygen, obtaining low-purity oxygen in an amount of about 90% of the amount in the previous example and obtaining a small amount of liquid oxygen achieved. Approximately the same amount of air is compressed to a higher peak pressure of about 140 kg / cm 2 , which causes the increasing cooling to the low temperature of the increased liquid recovery. In this case, some of the air expanded in the turbine is sent to the rectification column and some is diverted by adjusting valves 124 and 92, the ratio being greater than 2: 1. A larger total amount of air is also expanded through the turbine.
Um die Anpassungsfähigkeit und Eignung des Systems für wechselnden Bedarf an Sauerstoff produkten zu veranschaulichen, sind in den nachfolgenden Tabellen vier Beispiele von Betriebsbedingungen angeführt. It is about the adaptability and suitability of the system to the changing demand for oxygen products To illustrate, four examples of operating conditions are given in the following tables.
Beispiel ϊ Volumen I DruckExample ϊ Volume I pressure
Beispiel 2 Volumen I DruckExample 2 Volume I pressure
Beispiel 3
Volumen I DruckExample 3
Volume I pressure
Beispiel 4 Volumen I DruckExample 4 Volume I pressure
a) (in ii) .a) (in ii).
b) (in 19) .b) (in 19).
c) (in 18) .c) (in 18).
d) (in 41) .
(in 48) .d) (in 41).
(in 48).
f) (in 50) .f) (in 50).
g) (in 20) .
(in 26) .
(in 56) ·
(in 73) ·g) (in 20).
(in 26).
(in 56)
(in 73)
k) (in 72) .
1) (in 67) .k) (in 72).
1) (in 67).
(in 71) .(in 71).
(in 92) .(in 92).
(in 75) ·
p) (in 88) .(in 75)
p) (in 88).
q) (in 93) ·
r) (in 81) .
s) (in 32) .q) (in 93)
r) (in 81).
s) (in 32).
t) (in 54) ·
u) (in 32 a)
v) (in 31) .t) (in 54)
u) (in 32 a)
v) (in 31).
)
e))
e)
)
i)
j))
i)
j)
m)m)
n)
o)n)
O)
62,4 37.062.4 37.0
23.3 11,0 23.3 11.0
12,3 60,412.3 60.4
17.7 29,8 6,40 12,8 10,917.7 29.8 6.40 12.8 10.9
29,829.8
24,2 54.0 15,6 38,924.2 54.0 15.6 38.9
5.98 5.985.98 5.98
140,6 5,84 140,6140.6 5.84 140.6
'5.555.55
5,555.55
0,700.70
7.79
3.127.79
3.12
4,67
59.64.67
59.6
42,1
4.58
6,96
5,2442.1
4.58
6.96
5.24
5,28
5,285.28
5.28
140,6
5,20
140,6140.6
5.20
140.6
4.78
4,854.78
4.85
0,560.56
62,462.4
44,i
7,6144, i
7.61
7.79
3.29
3,43
59,6
32,2
16,27.79
3.29
3.43
59.6
32.2
16.2
15,1
11,215.1
11.2
17,017.0
11,3
4,37
8,02
0,8011.3
4.37
8.02
0.80
1,95
43,8
43,61.95
43.8
43.6
3,23
45,63.23
45.6
0,800.80
5,77 5,77 5,77 140,65.77 5.77 5.77 140.6
5,35 140,65.35 140.6
5,28 5,285.28 5.28
o,49o, 49
62,4 38,4 84,9 7.79 25,262.4 38.4 84.9 7.79 25.2
5,27 54.7 32,2 12,65.27 54.7 32.2 12.6
15,1 9,9515.1 9.95
I7,i 12,6I7, i 12.6
8,928.92
o,99 0,96o.99 0.96
43,8 43,843.8 43.8
4,47 39,44.47 39.4
8,928.92
5,55 5,55 5,555.55 5.55 5.55
84,3 5,i484.3 5, i4
84,384.3
5,o6 5.145, o6 5.14
0,420.42
Volumen in m3. Druck in kg/cm2 oberhalb Atmosphärendruck.Volume in m 3 . Pressure in kg / cm 2 above atmospheric pressure.
Für die Gewinnung von hochreinem flüssigem Sauerstofi und keine Gewinnung gasförmigen Sauerstoffes hoher oder niedriger Reinheit, wobei der Hochdruckkompressor bei einer unter einem Druck von kg/cm2 stehenden Ausströmung und der dreifachen Menge der Beispiele 2, 3 und 4 arbeitet und die Rektifizierkolonne mit einer gemäßigten Produktionsziffer. For the production of high-purity liquid oxygen and no production of gaseous oxygen of high or low purity, the high-pressure compressor working with an outflow under a pressure of kg / cm 2 and three times the amount of Examples 2, 3 and 4 and the rectification column with a moderate Production figure.
Für die Gewinnung von nur hochreinem flüssigem Sauerstoff und keine Gewinnung gasförmigen Sauerstoffes hoher oder niedriger Reinheit, wobei der Hochdruckluftkompressor bei einer unter einem Druck von kg/cm2 stehenden Ausströmung und einem Drittel der Menge des Beispieles 1 arbeitet und die Rektifizierkolonne mit einer niedrigen Produktionsziffer.For the production of only highly pure liquid oxygen and no production of gaseous oxygen of high or low purity, the high-pressure air compressor working with an outflow under a pressure of kg / cm 2 and a third of the amount of Example 1 and the rectification column with a low production figure.
Für die Gewinnung von ungefähr 18 °/0 hochreinem flüssigem Sauerstoff, 8 °/„ hochreinem Sauerstoffgas und 74°/0 Sauerstoffgas niedriger Reinheit, wobeider Hochdruckluftkompressor bei einer unter einem Druck von kg/cm2 stehenden Ausströmung und einem Drittel der Menge des Beispieles 1 arbeitet und die Rektifizierkolonne mit einer hohen Produktionsziffer.For the production of about 18 ° / 0 high purity liquid oxygen, 8 ° / "high purity oxygen gas and 74 ° / 0 low-purity oxygen gas, with the high pressure air compressor at a pressure of kg / cm 2 and a third of the amount of example 1 works and the rectification column with a high production rate.
Für die Gewinnung von ungefähr 90Z0 hochreinem flüssigem Sauerstoff, 9% hochreinem Sauerstoffgas und 82 % Sauerstoffgas niedriger Reinheit, wobei der Hochdruckluftkompressor bei einer unter einem Druck von 84,3 kg/cm2 stehenden Ausströmung und einem Drittel der Menge des Beispieles 1 arbeitet und die Rektifizierkolonne mit einer hohen Produktionsziffer.For the production of approximately 9 0 Z 0 high-purity liquid oxygen, 9% high-purity oxygen gas and 82% low-purity oxygen gas, the high-pressure air compressor with an outflow under a pressure of 84.3 kg / cm 2 and a third of the amount of example 1 works and the rectification column with a high production rate.
In der Tabelle beziehen sich die Buchstaben a) bis v) auf bestimmte Stellen des Kreislaufes, die nachstehend kurz erläutert sind, wobei die in abgerundeten Zahlen angegebenen Ströme vergleichbare Ströme in m3 pro Zeiteinheit bei normalem Gasdruck und normaler Gastemperatur darstellen, der Druck in kg/cm2 über Atmosphärendruck und die Produktionsziffer in ihrer Gesamtheit ausgedrückt ist.In the table, the letters a) to v) relate to certain points in the circuit, which are briefly explained below, with the flows given in rounded numbers representing comparable flows in m 3 per unit of time at normal gas pressure and temperature, the pressure in kg / cm 2 above atmospheric pressure and the production figure is expressed in its entirety.
a) Der gesamte auf den Druck des Niederdruckluftströmes komprimierte Lufteinlaß.a) The entire pressure of the low pressure air flow compressed air inlet.
b) Luft nach Durchgang durch die Stickstoffregeneratoren 14 und 15.b) Air after passing through the nitrogen regenerators 14 and 15.
c) Luft nach Durchgang durch die Sauerstoffregeneratoren 12 und 13. . 10Sc) Air after passing through the oxygen regenerators 12 and 13.. 10 p
d) Auf den Druck des Hochdruckluftstromes weiter komprimierter Luftanteil.d) Part of the air further compressed to the pressure of the high pressure air flow.
e) Teil der durch die Maschine 47 expandierten Hochdruckluft.e) Part of the high pressure air expanded by machine 47.
ΐ) In 50 und 53 gekühlter und am Ventil 55 "° gedrosselter Hochdruckluftstrom.ΐ) In 50 and 53 cooled and at the valve 55 "° throttled high pressure air flow.
g) Gesamte Einlaßluft aller Ströme in den Skrubber [ungefähre Gesamtmenge von b), c), e) und f) oder h), i) und k)].g) Total inlet air of all streams into the scrubber [approximate total of b), c), e) and f) or h), i) and k)].
h) Der unteren Kolonne 60 zugespeister, im Skrubber gewaschener Luftdampf.h) Air vapor fed to the lower column 60 and washed in the scrubber.
i) In 130 wiedererwärmter und dem Turbo-Expander 57 zugeführter gewaschener Luftdampf.i) In 130 rewarmed and the turbo-expander 57 supplied washed air vapor.
Die Zuspeisungen in die obere oder Niederdruck-Rektifizierkolonne: The feeds into the upper or lower pressure rectification column:
j) Unreiner Sauerstoff aus der unteren Kammer 60.j) Impure oxygen from lower chamber 60.
k) Skrubberflüssigkeit aus 17 nach Reinigung durch den Filter 25.k) scrub fluid from 17 after cleaning through the filter 25.
1) Flüssiger Stickstoff aus dem Trog 66.1) Liquid nitrogen from trough 66.
m) Expandierte Luft aus dem Turbo-Expander 57.m) Expanded air from the turbo expander 57.
n) Durch das Ventil 92 zur Leitung 82 für aus-n) Through valve 92 to line 82 for exhaust
strömenden Stickstoff umgeleiteter Teil der expandierten Luft.flowing nitrogen diverted part of the expanded Air.
Produkte aus der oberen Kolonne 59:Products from the upper column 59:
o) Gasförmiger Sauerstoff niedriger Reinheit (95 °/0) der Leitung 75.o) Gaseous oxygen of low purity (95 ° / 0 ) in line 75.
p) Hochreiner (99,5%) gasförmiger Sauerstoff, abgezogen durch die Leitung 88.p) Highly pure (99.5%) gaseous oxygen withdrawn through line 88.
q) Flüssiger Sauerstoff (99,5% Reinheit), abgezogen durch das Ventil 93.
r) Oben aus der Kolonne ausströmender Stickstoff.q) Liquid oxygen (99.5% purity) withdrawn through valve 93.
r) Nitrogen flowing out of the top of the column.
s) Summe der Überschußluft η) und der Stickstoffausströmung r).s) Sum of the excess air η) and the nitrogen outflow r).
t) Der Anteil der vereinigten Ausströmung, welcher wie durch das Ventil 32O eingeregelt durch den Gegenstrom-Wärmeaustauschkanal 52 strömt.t) The proportion of the combined outflow which flows through the countercurrent heat exchange channel 52 as regulated by the valve 32 O.
u) Der durch die Stickstoffregeneratoren 14 und 15 fließende Teil der vereinigten Ausströmung.u) The through the nitrogen regenerators 14 and 15 flowing part of the combined emanation.
v) Der durch die Sauerstoffregeneratoren 12 und 13
fließende Sauerstoff niedriger Reinheit.
Die obigen Beispiele beziehen sich auf das System gemäß der Fig. 1, können jedoch gleichermaßen auch
auf das abgewandelte System nach der Fig. 2 angewendet werden. Bei beiden Ausführungsformen kann
der Kompressor 40 so angeordnet werden, daß der Druck der Hochdruckluft auf über 140 kg/cm2, z. B.
auf 211 kg/cm2, erhöht wird, in welchem Fall von der
Verwendung eines Vorkühlers 44 abgesehen werden kann. Auch die Fähigkeit, den Hochdruck zu erhöhen,
kann angewendet werden, wenn es erwünscht ist, den Flüssigkeitsanteil an der Sauerstoffgewinnung zu vergrößern.
Das Verhältnis des Volumens der verwendeten Hochdruckluft zur Luft niedrigen Druckes hängt
von den Produktionserfordernissen ab. Beispielsweise liegt die Menge der in einer Anlage verarbeiteten Hochdruckluft
bei 12 bis 40 °/0 der gesamten verarbeiteten
Luftmenge.v) The low purity oxygen flowing through the oxygen regenerators 12 and 13.
The above examples relate to the system according to FIG. 1, but can also be applied equally to the modified system according to FIG. 2. In either embodiment, the compressor 40 can be arranged so that the pressure of the high pressure air is increased to over 140 kg / cm 2 , e.g. B. to 211 kg / cm 2 , is increased, in which case the use of a precooler 44 can be dispensed with. The ability to increase the high pressure can also be used if it is desired to increase the liquid fraction in the oxygen recovery. The ratio of the volume of high pressure air used to the low pressure air depends on the production requirements. For example, the amount of data processed in a plant high-pressure air at 12 to 40 ° / 0 of the total processed amount of air.
Es läßt sich erkennen, daß ein wesentlicher Vorteil des vorliegenden Systems in der Fähigkeit liegt, die proportionalen Mengen des Niederdruckluftstromes und der Hochdruckluftströme sowie den Druck des letzteren in Übereinstimmung mit dem Bedarf an Sauerstoff in gasförmigem Zustand zum Bedarf an flüssigem Sauerstoff einzustellen.It can be seen that a major advantage of the present system is the ability to proportional amounts of the low pressure air flow and the high pressure air flow as well as the pressure of the the latter in accordance with the need for oxygen in the gaseous state to the need for to adjust liquid oxygen.
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